Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι η μελέτη και η σχεδίαση τυπωμένων κεραιών ανεστραμμένου – F για φορητές τερματικές συσκευές. Οι κεραίες αυτές χρησιμοποιούνται σε κινητά τερματικά, όπως κινητά τηλέφωνα, φορητοί υπολογιστές, PDA κ.τ.λ. και παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα, με κυριότερα το χαμηλό κόστος, την ευκολία κατασκευής, το μικρό τους μέγεθος και τη δυνατότητα μαζικής παραγωγής. Αρχικά στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται ορισμένες γενικές βασικές αρχές των κεραιών και εισάγεται η έννοια της ηλεκτρικά μικρής κεραίας. Επίσης παρουσιάζεται η κεραία ανεστραμμένου – F και διατυπώνεται η θεωρία των ειδώλων στην οποία βασίζεται η αρχή λειτουργίας της συγκεκριμένης κεραίας. Στο κεφάλαιο 2 αναφέρονται οι προτάσεις και οι υλοποιήσεις που έχουν γίνει μέχρι στιγμής για την κεραία ανεστραμμένου – F στην βιβλιογραφία ενώ στη συνέχεια (κεφάλαια 3 μέχρι 7) παρουσιάζονται αναλυτικά ορισμένες κεραίες που έχουν κάποια επιπλέον πλεονεκτήματα ως προς τις υπόλοιπες ομοειδείς. Ιδιαίτερη βάση δόθηκε στις κεραίες που καλύπτουν τις ISM ζώνες στα 2.4 GHz και 5.2/5.8 GHz εξαιτίας της ευρύτατης χρήσης των ζωνών αυτών.Τέλος στο κεφάλαιο 9 επιχειρείται μια μικρή εισαγωγή στα συστήματα απόκλισης χώρου με την παρουσίαση και αξιολόγηση ενός συστήματος με τέσσερις κεραίες. / This diploma thesis includes the analysis, design and simulation of printed inverted - F antennas for dual band operating portable terminal devices. These antennas are widely used in mobile phones,laptops, PDAs,etc and have many advantages over other printed antennas such as extremely low cost, fabrication flexibility and compact size.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην δημιουργία μιας εφαρμογής για κινητά τηλέφωνα, σε πλατφόρμα J2ME. Η εφαρμογή αυτή δίνει τη δυνατότητα στους χρήστες της, με τη βοήθεια υπηρεσιών βασισμένων στη θέση, να συγκρίνουν τις τιμές στις οποίες πωλούνται διάφορα βιβλία στα καταστήματα της περιοχής τους. Για την ανάπτυξη αυτής της εφαρμογής χρησιμοποιήθηκαν υπηρεσίες διαδικτύου που επιτρέπουν την επικοινωνία μεταξύ κινητών συσκευών και ενός κεντρικού εξυπηρετητή. Επίσης, αναπτύχθηκε μια βάση δεδομένων από την πλευρά του εξυπηρετητή, η οποία ενημερώνεται από τους ίδιους τους χρήστες. Για τον καθορισμό της γεωγραφικής θέσης του χρήστη χρησιμοποιείται το σύστημα GPS, ενώ για την παρουσίαση των αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκε το Static Maps API. / The purpose of this diploma thesis is the development of an application designed for mobile phones, based on a J2ME platform. This application enables the users to use their phones in order to compare the prices of books among stores of a specific area. The development of this application includes a distributed system, which consists of two components: the client application, namely the users and the server application that contains a data base. This data base gets updated by the end users. The communication between the server and the client is based on Web Services. The users’ location is determined by the phone’s embedded GPS receiver. Finally, the Static Maps API is used for mapping the results.

Όσο οι δυνατότητες των φορητών συσκευών, όπως κινητά τηλέφωνα, PDA’s, laptops και smartphones γίνονται ολοένα μεγαλύτερες, η αποθήκευση κοινωνικών δεδομένων σε αυτές έχει γίνει πλέον ανάγκη και τα κοινωνικά δίκτυα που αναπτύσσονται μέσω του internet έχουν κατακλίσει τον παγκόσμιο ιστό, τόσο μεγαλύτερη πρέπει να είναι και η ευκολία του χρήστη να χρησιμοποιήσει και να συγχρονίσει όλες αυτές τις πληροφορίες, σε όλες τις συσκευές που έχει στην κατοχή του χωρίς ιδιαίτερο κόπο. Στην συγκεκριμένη διπλωματική παρουσιάζουμε ένα συνδυασμό android application και server services, που δίνει την δυνατότητα στον εκάστοτε χρήστη, που έχει στην κατοχή του λογαριασμό στο facebook και συσκευή με λειτουργικό σύστημα Android 1.6 (υπάρχει συμβατότητα μέχρι και το Android 2.3), να συγχρονίσει τις επαφές του κινητού τηλεφώνου του με αυτές από το facebook, εισάγοντας κοινωνικά δεδομένα, όπως ημερομηνία γέννησης, τελευταία ανανέωση του status και username, από την βάση δεδομένων του facebook σε κάθε αντίστοιχη επαφή που υπάρχει στο κινητό τηλέφωνο. Βασικός μας σκοπός ήταν η απλότητα στην χρήση της εφαρμογής και η ασφάλεια στην διακίνηση και αποθήκευση των κοινωνικών δεδομένων αφού πρόκειται για προσωπικές πληροφορίες του κάθε χρήστη. Στην συνέχεια παρουσιάζουμε τις τεχνικές λεπτομέρειες και τέλος, τους μελλοντικούς μας στόχους και προτείνουμε προοπτικές για μελλοντική εργασία στο συγκεκριμένο θέμα. Στο παράρτημα παρατίθεται αναλυτικά όλος ο κώδικας που χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη αυτής της διπλωματικής εργασίας. / --

Οι ηλεκτρομηχανικές συσκευές αποθήκευσης δεδομένων πολύ μικρής κλίμακας που βασίζονται στη χρήση ακίδων (probes) αποτελούν ανερχόμενες εναλλακτικές επιλογές για τη βελτίωση της πυκνότητας αποθήκευσης, του χρόνου πρόσβασης των δεδομένων και της απαιτούμενης ισχύος σε σχέση με τις συμβατικές συσκευές αποθήκευσης. Μία υλοποίηση μιας τέτοιας συσκευής χρησιμοποιεί θερμομηχανικές μεθόδους για την αποθήκευση πληροφορίας σε λεπτές μεμβράνες πολυμερών υλικών. Στην περίπτωση αυτή, η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται με τη μορφή κοιλωμάτων πάνω στο πολυμερές υλικό, τα οποία δημιουργούνται από τις ακίδες, διαμέτρου μερικών nm. Με στόχο την αύξηση του ρυθμού εγγραφής και ανάγνωσης χρησιμοποιούνται δισδιάστατες διατάξεις από ακίδες που λειτουργούν παράλληλα, με κάθε ακίδα να εκτελεί λειτουργίες εγγραφής /ανάγνωσης /διαγραφής σε ξεχωριστό αποθηκευτικό πεδίο. Η μετατόπιση του αποθηκευτικού μέσου σε σχέση με τη διάταξη των ακίδων επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση ηλεκτρομηχανικού συστήματος μικρής κλίμακας (MEMS). Η διάταξη MEMS αποτελείται από ένα μικρής κλίμακας σύστημα σάρωσης (microscanner) και από το τσιπ της δισδιάστατης διάταξης των ακίδων. Το σύστημα σάρωσης έχει δυνατότητα κίνησης σε δύο διευθύνσεις (x/y). Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η μοντελοποίηση του συστήματος σάρωσης μικρής κλίμακας. Η μοντελοποίηση του συστήματος έγινε με βάση το σύστημα του απλού αρμονικού ταλαντωτή με απόσβεση. Στα πλαίσια της εργασίας μελετάται η απόκριση του συστήματος σε διάφορους τύπους διεγέρσεων, ενώ για την προσομοίωση της συμπεριφοράς του microscanner αναπτύχθηκε εφαρμογή στην γλώσσα προγραμματισμού Visual Basic. Η εφαρμογή περιλαμβάνει γραφικό περιβάλλον με δυνατότητα ρύθμισης των παραμέτρων εξομοίωσης. / Micro-electro-mechanical-system (MEMS)-based scanning-probe storage devices are emerging as potential ultra-high-density, low-access-time, and low-power alternatives to conventional data storage. One implementation of probe-based storage uses thermomechanical means to store and retrieve information in thin polymer films. Digital information is stored by making indentations on the thin polymer film with the tips of atomic force microscope (AFM) cantilevers, which are a few nanometers in diameter. To increase the data rate, an array of probes is used, in which each probe performs read/ write/ erase operations over an individual storage field. Displacement of the storage medium relative to the array of cantilevers is achieved by using micro-electro-mechanical-system (MEMS). The MEMS assembly consists of the microscanner and the cantilever array chip. The microscanner with x and y motion range carries the storage medium. This diploma dissertation presents the modeling of the microscanner. The system models as a damped harmonic oscillator. The model response on different driven forces has been studied, whereas an application in Visual Basic has been generated to simulate the system motion. The application comprises graphic interface with simulation parameters modulation.

Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζεται μία ραγδαία ανάπτυξη των φορητών συσκευών οι οποίες παρέχουν στον χρήστη την δυνατότητα πρόσβασης στον Παγκόσμιο Ιστό και, κατ' επέκταση, την δυνατότητα πλοήγησης στις εφαρμογές του Παγκοσμίου Ιστού του ενδιαφέροντος του. Είναι γεγονός, όμως, ότι οι περισσότερες εφαρμογές του Παγκοσμίου Ιστού έχουν σχεδιαστεί και αναπτυχθεί ώστε να απεικονίζουν αποδοτικά το περιεχόμενό τους κυρίως στους προσωπικούς επιτραπέζιους υπολογιστές. Δεδομένου ότι οι φορητές συσκευές διαθέτουν οθόνη περιορισμένου μεγέθους και ανάλυσης σε σχέση με τους επιτραπέζιους υπολογιστές, ο χρήστης αναγκάζεται να κινείται εντός του παραθύρου της φορητής συσκευής ώστε να βρει το περιεχόμενο που τον ενδιαφέρει και την κατάλληλη θέση του παραθύρου ώστε να είναι εφικτή η ανάγνωση του. Αυτή η κουραστική και χρονοβόρα διαδικασία καθιστά δύσχρηστη την πλοήγηση στον Παγκόσμιο Ιστό μέσω των φορητών συσκευών. Με άλλα λόγια, το μείζον πρόβλημα που προκύπτει είναι πως μπορούμε να απεικονίσουμε ποιοτικά το περιεχόμενο των εφαρμογών Παγκοσμίου Ιστού, που έχουν σχεδιαστεί αποκλειστικά για επιτραπέζιους υπολογιστές, σε φορητές συσκευές. Επομένως, κρίνεται απαραίτητη η χρήση τεχνικών για φιλική προς τον χρήστη απεικόνιση του περιεχομένου των εφαρμογών Παγκοσμίου Ιστού στις φορητές συσκευές. Στο πλαίσιο αυτού του προβλήματος, η ερευνητική κοινότητα αλλά και μερικές ιδιωτικές εταιρίες έχουν προτείνει αρκετές λύσεις για την αντιμετώπισή του δίχως όμως να μπορούν να εφαρμοστούν καθολικά. Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία, εξετάζουμε λύσεις που βασίζονται στην μοντελοποίηση Web εφαρμογών έτσι ώστε να βελτιώσουμε την απεικόνισή του περιεχομένου τους στις φορητές συσκευές. Στόχος μας είναι η δημιουργία ενός αυτοματοποιημένου εργαλείου το οποίο θα προσαρμόζει το μοντέλο μίας εφαρμογής, η οποία έχει σχεδιαστεί αποκλειστικά για επιτραπέζιους υπολογιστές, ώστε το περιεχόμενό της να προβάλλεται με τον καλύτερο δυνατό τρόπο σε φορητές συσκευές. Για την επίτευξη αυτή της τεχνικής μελετώνται τεχνικές αντίστροφης μηχανίκευσης και προτείνονται μετασχηματισμοί του WebML μοντέλου για απεικόνιση του περιεχομένου εφαρμογών σε φορητές συσκευές. / In recent years, we have experienced the explosive growth of mobile devices which provide on users access capability to the Web. Thus, they provide navigation capability to various Web applications on users. However, it is fact that most Web applications have been designed and developed to display efficiently their content mostly on desktop computers. Considering that the mobile devices dispose limited screen size and resolution in terms of the desktop computers, the user is needed to scroll manually inside the window of the mobile device to find the content that interests him/her and the appropriate position of the window so that viewing the web application content is feasible. This tedious and time-consuming process make it difficult to use the mobile Web access of the mobile devices. In other words, the fundamental problem that arises is how we could display efficiently the Web applications' content designed for desktop computers to mobile devices. Hence, it is necessary the usage of methods for more user-friendly representation of Web applications' content on mobile devices. In this issue, the scientific community and many companies has proposed a lot of solutions in order to face this problem. However, none of these solutions can be applied universally. In this thesis, we examine solutions that are based on the modeling of Web application in order to be improved their representation on mobile devices. Generally, our intention is to develop an automated tool that will adapt the model of a Web application that has been designed for desktop computers exclusively, in order to be displayed with the best possible way on mobile devices. To achieve our solution, we study reverse engineering techniques and propose a set of transformations on the WebML model of every Web application.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την κατασκευή και τον έλεγχο ενός καινοτόμου τεχνητού χεριού, για προσθετικές κυρίως εφαρμογές, κάνοντας χρήση βιομιμητικών ενεργοποιητών και πιο συγκεκριμένα ειδικά κατεργασμένων λεπτών κυλινδρικών αγωγών από μορφομνήμονα μεταλλικά κράματα νικελίου-τιτανίου. Εκμεταλλευόμενοι τα συγκριτικά πλεονεκτήματα των ενεργοποιητών αυτών έναντι των αντίστοιχων συμβατικών, αναπτύσσεται μια πλήρως λειτουργική συσκευή με μικρό μέγεθος και βάρος, ανθρωπομορφική εμφάνιση, αθόρυβη λειτουργία και χαμηλό κόστος κατασκευής και συντήρησης, ικανή να εκπληρώσει σε μεγάλο βαθμό τις απαιτήσεις των ατόμων με αναπηρία στα άνω άκρα. Για τη φυσική υλοποίηση του σκελετού του τεχνητού αυτού χεριού χρησιμοποιείται η τεχνολογία της ταχείας προτυποποίησης. Καθένα από τα πέντε δάκτυλά του ελέγχεται ανεξάρτητα μέσω ενός υπο-ενεργοποιούμενου μηχανισμού κίνησης με τεχνητούς τένοντες. Για τον έλεγχο θέσης κάθε δακτύλου, αναπτύσσεται και εφαρμόζεται μία νέα μέθοδος ελέγχου βασισμένη στην έμφυτη δυνατότητα ανάδρασης θέσης των προαναφερθέντων ενεργοποιητών μέσω μέτρησης της ηλεκτρικής τους αντίστασης. Επιπλέον, αναπτύσσεται κατάλληλος αλγόριθμος για τον σχηματισμό διαφόρων θέσεων και συλλήψεων του τεχνητού χεριού. Για τη βελτίωση του ελέγχου, το χέρι εξοπλίζεται με αισθητήρες αφής στα ακροδάκτυλα, καθώς και με τη δυνατότητα οδήγησης συσκευών οπτικής και απτικής ανάδρασης. Όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που είναι απαραίτητα για την οδήγηση των ενεργοποιητών και τον έλεγχο του χεριού αναπτύσσονται και ενσωματώνονται στο εσωτερικό του φυσικού πρωτοτύπου. Με τη βοήθεια ειδικού προγραμματιστικού πακέτου, σχεδιάζεται μία γραφική διεπαφή ελέγχου μέσω της οποίας μελετάται και αξιολογείται η δυνατότητα του αναπτυχθέντος χεριού σε πειράματα σύλληψης διαφόρων αντικειμένων. Τέλος, προτείνονται διάφορες τεχνικές ελέγχου του χεριού από τους χρήστες του, ενώ αναπτύσσεται και κατάλληλος αλγόριθμος ελέγχου βασισμένος στη χρήση ηλεκτρομυογραφικών σημάτων. / This doctoral thesis presents the development and control of an innovative artificial hand, mostly for use in prosthetic applications, utilizing biomimetic actuators, and, more specifically, specially processed thin cylindrical wires made of shape memory nickel-titanium alloys. By exploiting the comparative advantages of these actuators over the conventional ones, a fully functional device is developed, of low size and weight, anthropomorphic appearance, silent operation, low fabrication and maintenance cost, which is capable of satisfying to a great extent the needs of the upper limb amputees. The physical implementation of the chassis of this artificial hand has been performed using rapid prototyping technology. Each of its five digits is independently controlled via a tendon-driven underactuated mechanism. For the position control of each digit, a novel control scheme is devised and implemented based on the inherent position feedback capability of these actuators via the measurement of their electrical resistance. In addition, the necessary algorithm is developed for the formation of various hand postures and prehension patterns. In order to improve the overall hand control, the hand is equipped with tactile sensors at its fingertips, and is also capable of driving optical and tactile feedback devices. All the necessary electronics for driving the actuators and controlling the hand are developed and embedded inside the physical prototype. Using a special programming package, a graphical user interface is designed, through which the grasp capabilities of the developed hand are studied and evaluated for various objects. Finally, several user control techniques of the hand are proposed, and a control algorithm based on the use of electromyographic signals is also developed.

Από τα μέσα της δεκαετίας του 1990 οι φορητές συσκευές έχουν συμβάλλει θεαματικά στη διευκόλυνση της καθημερινής ζωής των ανθρώπων και των επιχειρήσεων. Ειδικά τα τελευταία χρόνια με την τεράστια ανάπτυξη των έξυπνων τηλεφώνων (smartphones), των λειτουργικών στα οποία βασίζονται, την εύκολη και γρήγορη πρόσβαση στο διαδίκτυο οι συσκευές αυτές έχουν γίνει περισσότερο αυτόνομες. Σήμερα τα περισσότερα smartphones είναι μόνιμα συνδεδεμένα με το διαδίκτυο και οι συσκευές αυτές μπορούν να υποστηρίξουν standard HTTP και HTML. Όμως για τις περισσότερες υπηρεσίες του διαδικτύου υπάρχει και μία αντίστοιχη εφαρμογή που οι χρήστες πρέπει να κατεβάσουν, να εγκαταστήσουν και να τρέξουν. Έτσι, η χρήση των περιηγητών διαδικτύου από τις φορητές συσκευές περιορίζεται σημαντικά. Λόγω αυτού του γεγονότος οι χρήστες είναι αναγκασμένοι να έχουν εγκατεστημένο ένα μεγάλο πλήθος εφαρμογών προκειμένου να εξυπηρετήσουν τις ανάγκες τους. Οι περισσότερες εφαρμογές απαιτούν συχνά ενημερώσεις και η κατάληξη αυτής της διαδικασίας είναι ο χρήστης να χάνει τον έλεγχο της διαχείρισης των εφαρμογών και να προκύπτουν διάφορα προβλήματα. Ένα από αυτά είναι ότι οι πληροφορίες του χρήστη γίνονται πιο ευάλωτες εξαιτίας των δικαιωμάτων πρόσβασης των εφαρμογών οι οποίες μπορεί να αλλάξουν με την ενημέρωση της εφαρμογής χωρίς ο χρήστης να το αντιληφθεί. Επίσης, είναι σύνηθες πολλές εφαρμογές να διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους με αποτέλεσμα ο χρήστης να καταλήγει με περισσότερες εφαρμογές από ότι πραγματικά χρειάζεται, οι οποίες θα μπορούσαν να αντικατασταθούν από μία. Στο πλαίσιο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας, προτείνεται και υλοποιείται ένα σύστημα που σα σκοπό έχει να επιλύσει τα παραπάνω προβλήματα. Το σύστημα αποτελείται από μία web διεπαφή (web interface), κάποιες υπηρεσίες διαδικτύου (web services) και μία client εφαρμογή για φορητές συσκευές σε περιβάλλον Android. Ο διαχειριστής του συστήματος σχεδιάζει μέσω της web διεπαφής τη διάταξη και τη λειτουργικότητα της εφαρμογής, η οποία γίνεται διαθέσιμη στην client εφαρμογή μέσω μίας υπηρεσίας διαδικτύου που παράγει ένα αρχείο ρυθμίσεων. Η client εφαρμογή αναλαμβάνει τη «μετάφραση» του αρχείου και την παρουσίαση της τελικής εφαρμογής στον χρήστη. / Since the middle of 1990s mobile devices assist people in their daily life and business. The last few years the market of the smartphones has grown rapidly. The operating systems that they are built on and the fast and easy access on the Internet made these devices become more and more standalone. Today’s smartphones are permanently connected to the Internet and can support standard HTML and HTTP. Nevertheless, dedicated Internet applications are offered to replace generic www-browsers. For most services in the Internet users are requested to download, install and run special applications. From user’s perspective, in order to service their needs they are forced to have installed too many applications which need to be updated regularly because new functionality is added. Because of this situation users lose control of this administrative process and problems arise quite often. One of them is that user’s personal information become vulnerable as the access rights of applications might change with each update without the user getting noticed for it. Moreover, it is common that many applications have very slight differences between them and as a result the user may end up having two or more applications installed assigned to perform the same task. These applications could eventually be replaced by one. Within this postgraduate project a proposed system is built in order to address the issues mentioned above. The system consists of a web interface, some web services and a client application for Android mobile devices. Through the web interface, the administrator of the system constructs the layout and the functionality of an application. This application is then available to the mobile device through a web service that generates a configuration file. The client application parses the configuration file, constructs the application dynamically and presents it to the user.

The electronics industry has developed incredibly in last few years and the need for low voltage and low power consuming devices is reflected with its growth. A small extension in battery life can be reflected in an order of magnitude in terms of retail prices. From multimedia gadgets (like laptops, mobiles, notebook etc.) to the biomedical device, all applications have seen a rapid advancement. All these devices need a low voltage and low power transceiver to connect with the wireless networks. This PhD thesis is focused on the development of new designing techniques for low voltage, low power integrated circuits, having close attention on circuits suitable for analog devices. The vast majority of high performance analog circuit cells realized in metal–oxide–semiconductor field-effect transistor (MOSFET) technologies traditionally exploits transistors operating in saturation. Meanwhile there exists a region of weak inversion, which was left unexploited until recently, where the behavior of a MOS transistor is similar to a bipolar transistor in qualitative terms. This region could be exploited for the devices which require operating with low voltage supply. Instead of operating in saturation region, the MOS devices employed in this design, operate in weak inversion. The MOS devices in the proposed circuits are bulk-controlled. In the conventional mode of biasing the bulk terminal is left unused and is connected with lowest supply voltage or ground while the gate is usually chosen for the input signal introduction to bias the circuit. The bulk can be used as an input for signal, can lower the threshold of a transistor if biased properly, ultimately lowering the supply voltage requirement of the transistor. In this work a modified Nauta’s Transconductor, which operates on very low voltages and have a tunable transconductance is employed to design filters. The filter constructed can be tuned in the range of few MHz. The proposed filter is operated using a 0.5V supply and its cutoff frequency can be easily adjusted. All circuits are designed and analyzed using a triple well 0.13μm CMOS process. This OTA is further modified to achieve better performance, in order to implement it in a complex filter. In low IF devices the down-conversion of image signal along with the wanted signal at the same frequency is a major problem. Complex filter can easily remove this image signal by applying a frequency shifting operation. A sixth order complex filter by implementing Leapfrog technique is designed using the differential OTA. The filter is designed to meet the Bluetooth and Zigbee standard requirements. The filter operates on a 0.5V supply voltage, and has very good results for Image rejection, sensitivity, noise and the filter is orthogonally tunable. The performance of the filter has been evaluated through simulation results by employing a triple well 0.13μm CMOS process. This filter design can be implemented in the Bluetooth devices used for the biomedical applications. / Η βιομηχανία της ηλεκτρονικής έχει αναπτυχθεί απίστευτα τα τελευταία χρόνια και η ανάπτυξη αυτή συνδυάζεται με την ανάγκη για συσκευές που λειτουργούν σε χαμηλή τάση και με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Σε ότι αφορά την εμπορική τιμή, μια μικρή αύξηση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας μπορεί να αντανακλάται σε μια αύξηση κατά μία τάξη μεγέθους της τιμής. Όλες οι εφαρμογές, από τις συσκευές πολυμέσων (όπως κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές, notebook κ.λπ.) έως και τις βιοϊατρικές συσκευές έχουν δει μια ταχεία πρόοδο. Όλες αυτές οι συσκευές, για να συνδέονται με ασύρματα δίκτυα, χρειάζονται πομποδέκτη χαμηλής τάσης και χαμηλής κατανάλωσης ισχύος. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην ανάπτυξη νέων τεχνικών σχεδιασμού για ολοκληρωμένα κυκλώματα με έμφαση στα αναλογικά κυκλώματα, χαμηλής τάσης και χαμηλής ισχύος. Η συντριπτική πλειοψηφία των δομικών βαθμίδων αναλογικών κυκλωμάτων υψηλών επιδόσεων πραγματοποιείται σε τεχνολογία μετάλλου οξειδίου ημιαγωγού τρανζίστορ φαινομένου πεδίου (MOSFET) και εκμεταλλεύεται τα τρανζίστορ που παραδοσιακά λειτουργούν σε κόρο. Ωστόσο, υπάρχει η περιοχή ασθενούς αναστροφής, η οποία αφέθηκε ανεκμετάλλευτη μέχρι πρόσφατα, όπου η συμπεριφορά των τρανζίστορ MOS είναι παρόμοια με αυτήν των διπολικών τρανζίστορ. Αυτή η περιοχή θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για τις συσκευές που απαιτούν λειτουργία με χαμηλή τάση τροφοδοσίας. Αντί να λειτουργούν στην περιοχή κόρου, τα τρανζίστορ MOS που χρησιμοποιούνται σε αυτό το σχεδιασμό, λειτουργούν σε ασθενή αναστροφή. Τα τρανζίστορ MOS στα προτεινόμενα κυκλώματα είναι ελεγχόμενα από το υπόστρωμα (bulk-driven). Στο συμβατικό τρόπο οδήγησης το υπόστρωμα παραμένει αχρησιμοποίητο και συνδέεται με την χαμηλότερη τάση τροφοδοσίας ή τη γείωση, ενώ η πύλη συνήθως, επιλέγεται για την εισαγωγή σήματος εισόδου και οδηγεί το κύκλωμα. Το υπόστρωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως είσοδος για το σήμα, μπορεί να μειώσει την τάση κατωφλίου (threshold voltage) των τρανζίστορ, και τελικά, χαμηλώνει την τάση λειτουργίας του τρανζίστορ. Σε αυτήν την διδακτορική διατριβή χρησιμοποιείται ως διαγωγός (transconductor) ένα τροποποιημένο κύκλωμα Nauta, ο οποίος λειτουργεί σε πολύ χαμηλές τάσεις. Οι ελεγχόμενοι διαγωγοί χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό των προτεινόμενων συντονιζόμενων φίλτρων. Τα κατασκευασμένα φίλτρα μπορούν να συντονιστούν στην περιοχή των λίγων MHz. Τα προτεινόμενα φίλτρα λειτουργούν χρησιμοποιώντας τάση τροφοδοσίας 0.5V και η συχνότητα αποκοπής τους μπορεί εύκολα να προσαρμοστεί. Όλα τα κυκλώματα σχεδιάζονται και εξομοιώνονται χρησιμοποιώντας μία τεχνολογία CMOS triple well 0.13μm. Ο υπό μελέτη τελεστικός ενισχυτής διαγωγιμότητας (Operational Transconductor Amplifier - OTA) έχει τροποποιηθεί περαιτέρω, για να επιτευχθεί καλύτερη απόδοση και να εφαρμοστεί σε ένα μιγαδικό φίλτρο. Η μετατροπή σήματος από τις μεσαίες συχνότητες (IF) στις χαμηλές συχνότητες παρουσιάζεται ένα σημαντικό πρόβλημα όπου μαζί με το επιθυμητό σήμα εμφανίζεται και το σήμα εικόνας στην ίδια συχνότητα. Τα μιγαδικά (complex) φίλτρα μπορούν να αφαιρέσουν εύκολα το σήμα εικόνας, εφαρμόζοντας μια διαδικασία μετατόπισης συχνότητας. Ένα μιγαδικό Leapfrog φίλτρο έχει σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας διαφορικούς ενισχυτές διαγωγιμότητας. Το τελικό μιγαδικό φίλτρο δωδέκατης τάξης έχει σχεδιαστεί για να καλύψει τις απαιτήσεις του προτύπου Bluetooth και Zigbee. Το φίλτρο λειτουργεί με τάση τροφοδοσίας 0.5V και έχει πολύ καλά αποτελέσματα στην απόρριψη εικόνας, την ευαισθησία και το θόρυβο. Επίσης, η κεντρική συχνότητα και το εύρος συχνοτήτων είναι ανεξάρτητα ρυθμιζόμενα. Η απόδοση του φίλτρου έχει επαληθευτεί μέσω προσομοίωσης χρησιμοποιώντας μοντέλα τρανζίστορ μιας τεχνολογίας CMOS triple well 0.13μm. Φίλτρα που σχεδιάζονται με την προτεινόμενη μέθοδο μπορούν να εφαρμοστούν σε συσκευές Bluetooth που χρησιμοποιούνται και σε βιοϊατρικές εφαρμογές.

Οι ηλεκτροµηχανικές συσκευές αποθήκευσης δεδοµένων πολύ µικρής κλίµακας που βασίζονται στη χρήση ανιχνευτών (probes) αποτελούν ανερχόµενες εναλλακτικές επιλογές για τη βελτίωση της πυκνότητας αποθήκευσης, του χρόνου πρόσβασης των δεδοµένων και της απαιτούµενης ισχύος σε σχέση µε τις συµβατικές αποθηκευτικές συσκευές. Μία υλοποίηση µιας τέτοιας συσκευής χρησιµοποιεί θερµοµηχανικές µεθόδους για την αποθήκευση πληροφορίας σε λεπτές µεµβράνες πολυµερών υλικών. Σε αυτή την περίπτωση, η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται µε τη µορφή κοιλωµάτων πάνω στο πολυµερές υλικό, οι οποίες δηµιουργούνται από τις άκρες των ανιχνευτών διαµέτρου µερικών nm. Με στόχο την αύξηση του ρυθµού εγγραφής και ανάγνωσης χρησιµοποιούνται διατάξεις από ανιχνευτές που λειτουργούν παράλληλα, µε κάθε ανιχνευτή να εκτελεί λειτουργίες εγγραφής/ανάγνωσης/διαγραφής σε ξεχωριστό αποθηκευτικό πεδίο. Βασικές απαιτήσεις κατά τη λειτουργία τέτοιων συσκευών αποτελούν η εξαιρετικά µεγάλη ακρίβεια και η µικρή καθυστέρηση κατά τη µετακίνηση των ανιχνευτών πάνω από το πολυµερές υλικό. Η παρούσα διατριβή έχει ως αντικείµενο τη µελέτη των διατάξεων κίνησης και τη σχεδίαση πρωτότυπων αρχιτεκτονικών ελέγχου, που οδηγούν στη βελτίωση της απόδοσης των απαιτούµενων, σε συσκευές τέτοιου τύπου, λειτουργιών ελέγχου. Η µετατόπιση του αποθηκευτικού µέσου σε σχέση µε τη διάταξη των ανιχνευτών επιτυγχάνεται µε τη χρησιµοποίηση µικρής κλίµακας scanners, που έχουν δυνατότητες κίνησης σε δύο κατευθύνσεις (x/y). Πληροφορία για τη θέση του microscanner στις δύο κατευθύνσεις παρέχεται από θερµικούς αισθητήρες ανίχνευσης θέσης που κατασκευάζονται µαζί µε τη διάταξη µε τους ανιχνευτές και τοποθετούνται πάνω από το κινητό πλαίσιο. Η πλήρης κατανόηση της συµπεριφοράς των διατάξεων αυτών αποτελεί απαραίτητο στοιχείο για τον αποτελεσµατικό σχεδιασµό και την ανάλυση των συστηµάτων ελέγχου. Στα πλαίσια της διατριβής δηµιουργήθηκε ένα πλήρες µοντέλο της διάταξης του microscanner και των θερµικών αισθητήρων ανίχνευσης θέσης. Σύγκριση της απόκρισης του µοντέλου µε τις πειραµατικές µετρήσεις καταδεικνύει ότι το µοντέλο προσεγγίζει µε εξαιρετική ακρίβεια την απόκριση του συστήµατος. Το σύστηµα ελέγχου περιλαµβάνει, στην αρχή, τη λειτουργία αναζήτησης/ αποκατάστασης, κατά την οποία το σύστηµα εντοπίζει τη θέση όπου απαιτείται να πραγµατοποιηθεί εγγραφή ή ανάγνωση πληροφορίας µε εκκίνηση µία αυθαίρετη θέση του κινητού πλαισίου. Απαίτηση του συστήµατος κατά τη λειτουργία αυτή είναι η ελαχιστοποίηση του χρόνου πρόσβασης των δεδοµένων. Η γρήγορη πρόσβαση στα δεδοµένα αποτελεί µια σηµαντική πρόκληση στις συµβατικές αποθηκευτικές συσκευές. Με το πλεονέκτηµα των ελαφρύτερων µηχανικών µερών, οι υπό µελέτη συσκευές αποθήκευσης βασισµένες στην τεχνολογία MEMS θεωρούνται βασικές υποψήφιες για τη βελτίωση του χρόνου πρόσβασης των δεδοµένων. Οι σχετικές προοπτικές των συσκευών αυτών διερευνώνται αναλυτικά στα πλαίσια της διατριβής. Συγκεκριµένα, αρχικά µελετάται η απόδοση διαφόρων συστηµάτων µε βάση τη θεωρία ελέγχου βέλτιστου χρόνου. Τα αποτελέσµατα της µελέτης δίνουν το θεωρητικά βέλτιστο χρόνο πρόσβασης και την εξάρτησή του από τις παραµέτρους του κάθε συστήµατος. Στη συνέχεια, περιγράφεται η αρχιτεκτονική ελέγχου για τη λειτουργία αναζήτησης και παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα που αντλήθηκαν από το περιβάλλον προσοµοίωσης και από την πειραµατική διάταξη. Τα αποτελέσµατα καταδεικνύουν ότι οι χρόνοι πρόσβασης των δεδοµένων που είναι δυνατό να επιτευχθούν µε τις συσκευές αυτές, είναι σηµαντικά µικρότεροι σε σχέση µε τις συµβατικές. Στη συνέχεια, ακολουθεί η λειτουργία παρακολούθησης, όπου η θέση των ανιχνευτών πρέπει να παραµένει στο κέντρο του επιθυµητού καναλιού, κατά τη διάρκεια εγγραφής/ανάγνωσης των δεδοµένων. Η απαίτηση για µεγάλη ακρίβεια στη µετακίνηση πάνω από τη νοητή γραµµή του κέντρου του καναλιού, της µίας ή περισσότερων κεφαλών που χρησιµοποιούνται κατά την εγγραφή/ανάγνωση, είναι σηµαντική για όλους τους τύπους αποθηκευτικών συσκευών. Οι απαιτήσεις για ακρίβεια γίνονται ακόµα πιο µεγάλες και κρίσιµες, στην περίπτωση των υπό µελέτη αποθηκευτικών συσκευών, όπου η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται σε µία περιοχή µε µέγεθος µερικών nm. Το σύστηµα ελέγχου, κατά τη λειτουργία αυτή, οφείλει να παρακολουθεί το επιθυµητό σήµα αναφοράς, και ταυτόχρονα να έχει ικανοποιητική απόρριψη των διαταραχών και να επιτυγχάνει την απαιτούµενη ακρίβεια ως προς τον προσδιορισµό της θέσης. Παράλληλα, σηµαντικό παράγοντα βελτιστοποίησης αυτής της λειτουργίας, αποτελεί ο ρυθµός εγγραφής/ανάγνωσης των δεδοµένων. Η πρώτη προσέγγιση για την αρχιτεκτονική ελέγχου, κατά τη λειτουργία αυτή, βασίζεται στην παρεχόµενη από τους θερµικούς αισθητήρες ανίχνευσης, πληροφορία της θέσης του microscanner. Η αρχιτεκτονική βασίζεται στον αλγόριθµο του γραµµικού τετραγωνικού ρυθµιστή (LQG) και η αξιολόγησή της γίνεται µε κριτήρια την ικανότητα παρακολούθησης της εισόδου, την απόρριψη των διαταραχών και την ακρίβεια ως προς τον προσδιορισµό της θέσης. Τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν, κατά την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής ελέγχου στην πειραµατική διάταξη, αναδεικνύουν ότι η αρχιτεκτονική πληρεί τις απαιτήσεις και η ακρίβεια µερικών nm που επιτυγχάνεται στον προσδιορισµό της θέσης επιτρέπει την αξιόπιστη εγγραφή και κατόπιν ανάγνωση δεδοµένων από την αποθηκευτική συσκευή. Μειονέκτηµα της παραπάνω προσέγγισης αποτελεί ο χαµηλής συχνότητας θόρυβος των θερµικών αισθητήρων, που επηρεάζει τη σωστή λειτουργία του κλειστού συστήµατος σε µεγάλες περιόδους λειτουργίας της συσκευής. Το πρόβληµα αυτό επιλύεται µε µία πρωτότυπη προσέγγιση που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διατριβής και βασίζεται στην πληροφορία, την προερχόµενη από τους θερµικούς αισθητήρες ανίχνευσης θέσης, σε συνδυασµό µε το προερχόµενο από το αποθηκευτικό µέσο σήµα σφάλµατος θέσης. Ο σχεδιασµός του συστήµατος ελέγχου, στην περίπτωση αυτή, εκµεταλλεύεται την εκ των προτέρων γνώση των χαρακτηριστικών θορύβου ως προς τη συχνότητα των δύο αισθητήρων ανίχνευσης θέσης, έτσι ώστε το σύστηµα ελέγχου που προκύπτει να χρησιµοποιεί την πιο αξιόπιστη µέτρηση σε κάθε περιοχή συχνοτήτων. Το πλαίσιο του σθεναρού ελέγχου, H∞, χρησιµοποιείται κατά το σχεδιασµό αυτής της αρχιτεκτονικής ελέγχου, µε διαχωρισµό ως προς τη συχνότητα. Με χρήση αυτής της µεθόδου, το σύστηµα ελέγχου δεν επηρεάζεται από τον χαµηλής συχνότητας θόρυβο των θερµικών αισθητήρων. Τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν κατά την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής ελέγχου στην πειραµατική διάταξη επιβεβαιώνουν τα παραπάνω. Η µέθοδος αυτή είναι πιο γενική και µπορεί να εφαρµοστεί σε κάθε πρόβληµα ελέγχου, που έχει δύο ή και περισσότερους αισθητήρες µε διαφορετικά χαρακτηριστικά απόδοσης σε διαφορετικές περιοχές συχνοτήτων. / Micro-electro-mechanical-system (MEMS)-based scanning-probe storage devices are emerging as potential ultra-high-density, low-access-time, and low-power alternatives to conventional data storage. One implementation of probe-based storage uses thermomechanical means to store and retrieve information in thin polymer films. Digital information is stored by making indentations on the thin polymer film with the tips of atomic force microscope (AFM) cantilevers, which are a few nanometers in diameter. To increase the data rate, an array of probes is used, in which each probe performs read/write/erase operations over an individual storage field. One of the primary challenges in building such devices is the extreme accuracy and the short latency required in the navigation of the probes over the polymer medium. This dissertation describes the design of novel control architectures and the characterization of their performance. The associated modelling effort, theoretical analysis, simulation work and experimental results are presented. Displacement of the storage medium relative to the array of cantilevers is achieved by using silicon-based micro-scanners with x/y-displacement capabilities. The x/y positional information can be provided by thermal position sensors that are fabricated on the cantilever-array chip and positioned directly above the scan table. A thorough understanding of the dynamics of these parts of the device is essential for effective design and analysis of the control architectures. In this dissertation a complete model of the micro-scanner and the thermal position sensors was developed. Comparison of the model response with the experimental data have shown that the model approximates the system response with an excellent accuracy. In general, the servo system in such a storage device has two functions. First, it locates the target track to which information is to be written or read back from, starting from an arbitrary initial position of the scan table carrying the storage medium. This is achieved by the so-called seek-and-settle procedure. The data access time depends on the duration of this operation, and therefore the minimization of its duration constitutes an important optimization factor. The speed of data access is a significant bottleneck in today’s computing systems. With the advantage of the lighter moving stage MEMS-based storage devices are widely touted to improve access times. In this dissertation these perspectives are examined in detail. Initially the time-optimal control theory has been studied for different system models and their performance has been examined regarding the optimal access time. The results of this study have provided the theoretically optimal access time for each model and its dependence on the system parameters. The control architecture for the seek operation has been designed. The simulation and experimental results show that the possible access times that can be achieved are significantly smaller than the conventional storage devices. The second function of the control system is to maintain the position of the read/write probes on the centre of the target track as they are being scanned along the length of this track during the normal read/write operation. This is achieved by the so-called track-follow procedure. Precise positioning and navigation of the read/write head(s) on the track centerlines is of paramount importance in all types of storage devices. The requirements become more crucial in the devices under study, where in order to achieve reliable storage and retrieval of data, accuracy in the order of a few nanometers in the scanner motion is needed. Therefore, the tracking of the reference signal, the disturbance rejection capabilities and the positioning resolution are considered as performance measures for the control system in this operation. Similarly, the read/write data rate constitutes an important optimization factor for this operation. The first approach of the control architecture for the track-follow procedure uses the position information from the thermal sensors. The control of the position in the x/y directions is realized using two independent feedback loops and each controller is based on the linear quadratic Gaussian regulator (LQG). For the evaluation of the proposed control architecture a detailed analysis has been performed in terms of the tracking performance, the disturbance rejection and the positioning resolution. The proposed architecture has been implemented in the experimental set-up and the analytical results are in agreement with those obtained experimentally. The experimental results show that the accuracy in the motion of the micro-scanner obtained with the proposed control architecture allows reliable storage and retrieval of data in the storage device. The disadvantage of the above control scheme originates from the low frequency noise of the thermal sensors that affects the closed loop performance for long term operation of the device. A novel control architecture was developed that addresses this problem by using medium-derived position information along with the thermal positioning sensor. The objective of this method is, using the a priori knowledge of the noise characteristics of the two sensors, to create a control structure that utilizes the best measurement in different frequency regions. The framework of the H∞ robust control was used for the design of this new frequency separated control architecture. Using this method the control system is not affected from the low frequency noise of the thermal sensors. The experimental results validate the performance of the proposed method. The developed methodology is more general and can be applied to any control problem that has two or more sensors with different performance characteristics in different frequency regions.

Η αντιμετώπιση των χρόνιων ασθενών αποτελεί σήμερα για τα συστήματα υγείας και κοινωνικής φροντίδας ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα διεθνώς, τόσο από ιατρικής όσο και από κοινωνικό-οικονομικής πλευράς. Για το λόγο αυτό, τα αντίστοιχα συστήματα στις ΗΠΑ και ΕΕ έχουν αποδυθεί τα τελευταία χρόνια σε ένα εντατικό αγώνα για την αναδόμηση (reengineering) της συνολικής αντιμετώπισής τους, με στόχο τη βελτιστοποίηση των παρεχομένων υπηρεσιών και τον εξορθολογισμό του κόστους. Στρατηγικό εργαλείο για τη παροχή των νέων υπηρεσιών αποτελούν οι νέες Τεχνολογίες Πληροφορικής και Επικοινωνιών (ΤΠΕ). Στο πλαίσιο της παρούσας ερευνητικής εργασίας εξετάζεται η αξιοποίηση σύγχρονων και ευρέως διαθέσιμων τεχνολογιών επικοινωνιών (ευρυζωνικότητα, δίκτυα κινητής τηλεφωνίας κ.ά.), σε συνδυασμό με τη χρήση καινοτόμων προϊόντων, όπως αυτά των «ηλεκτρονικών» υφασμάτων (e-Textiles) για την παροχή καινοτόμων υπηρεσιών παρακολούθησης από απόσταση. Η παρούσα διπλωματική είχε σαν στόχο την εφαρμογή και αξιολόγηση ενός προγράμματος πρώιμης εξόδου από νοσοκομείο και κατ’ οίκον νοσηλείας σε χρόνιους αναπνευστικούς ασθενείς στο Νοσοκομείο «Η Σωτηρία» και διεξήχθη στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος ‘HealthWear’. Η μεθοδολογική προσέγγιση έγινε αφενός με την ευρεία βιβλιογραφική ανασκόπηση αναλόγων παρεμβάσεων και αφετέρου με την αξιολόγηση ενός προγράμματος κλινικής εφαρμογής του σε πραγματικές συνθήκες. Στο πρόγραμμα συμμετείχαν 48 ασθενείς με Χρόνια Αποφρακτική Πνευμονοπάθεια, διαχωρισμένοι τυχαία σε ομάδα ελέγχου (ενδονοσοκομειακή φροντίδα), και ομάδα παρέμβασης (πρώιμη έξοδος και παρακολούθηση με τη χρήση φορετών και φορητών, μη επεμβατικών συσκευών). Παρουσιάζονται αναλυτικά ο σχεδιασμός του συστήματος και της υπηρεσίας, η μεθοδολογία και ο τρόπος παρακολούθησης των ασθενών της ομάδας παρέμβασης καθώς και τα αποτελέσματα της αξιολόγησης. Η εφαρμογή του προγράμματος στην καθ’ ημέρα κλινική πράξη κατέδειξε τη χρήση φορητών και φορετών συστημάτων ως αξιόπιστη εναλλακτική μέθοδο για την πρώιμη έξοδο και συνέχεια της φροντίδας των ασθενών με Χ.Α.Π. Παράλληλα διερευνήθηκαν μελλοντικές προοπτικές εφαρμογών για την εξ αποστάσεως παρακολούθηση κατά τη διάρκεια του ύπνου ή ταυτόχρονα με εκτέλεση άσκησης σε εξωτερικούς χώρους. / Treatment of chronic patients is currently one of the most difficult international issues that health and social care systems need to address, both medically and by socio-economic terms. For this reason, the corresponding systems in the U.S. and EU have engaged the last years a lot of effort, in an intense struggle, for the restructuring (reengineering) of the total care management process, in order to optimize service and streamline costs. Strategic tool for providing new services is Information and Communication Technologies (ICTs). In the current study, the usage of modern and widely available communication technologies (broadband internet, mobile telephony, etc.), combined with innovative products, such as the 'electronic' fabrics (e-Textiles), in order to provide advanced remote monitoring services, were thoroughly examined. This thesis aimed to implement and evaluate a program of early hospital discharge, followed by a home hospitalization program, in chronic respiratory patients of ‘Sotiria’ Hospital in the region of Attica - Greece, conducted within the framework of a European Research Project named 'HealthWear'. The methodological approach followed was first to establish an in-depth background for this type of interventions, through a broad, thorough systematic literature review, and secondly to evaluate a clinical trial, in the real everyday life of a public hospital. The program involved 48 patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD), separated randomly into control group (traditional care) and intervention group (early discharge and follow up by using wearable, portable, non-invasive devices). A comprehensive presentation of the ICT system used, the clinical protocol of the service and the methodology for the remote monitoring the intervention group patients, are followed by the assessment results of the trial. Our experience from this trial allows the prediction that wearable and wireless systems can be proved as new era’s tools in patients’ remote follow up and personalized care, especially valuable in early discharge, as well as in home based monitoring during sleep and outdoor activities.