Shape memory alloys (SMAs) provide exciting opportunities for miniature actuation systems. As SMA actuators are scaled down in size, cooling increases and bandwidth, improves. However, the inclusion of a bias element with which to cycle the SMA actuator becomes difficult at very small scales. One technique used to avoid the necessity of having to include a separate bias element is the use of local annealing to fabricate a monolithic device out of nickel titanium (NiTi). The actuator geometry is machined out of a single piece of non-annealed NiTi. After locally annealing a portion of the complete device, that section exhibits the shape memory effect while the remainder acts as structural support and provides the bias force required for cycling. This work proposes one such locally-annealed monolithic SMA actuator for future incorporation in a device that navigates the digestive tract. After detailing the derivation of lumped electro-mechanical models for the actuator, a description of the prototyping procedure, including fabrication and local annealing of the actuator, is provided. This thesis presents the experimental prototype actuator behaviour and compares it with simulations generated using the developed models.

In an effort to mitigate damage caused by earthquakes to the built environment, civil engineers have been commissioned to research, design, and build increasingly robust and resilient structural systems. Innovative means to accomplish this task have emerged, such as integrating Shape Memory Alloys (SMAs) into structural systems. SMAs are a unique class of materials that have the ability to spontaneously recover strain of up to 8%. With proper placement in a structural system, SMAs can act as superelastic "structural fuses", absorbing large deformations, dissipating energy, and recentering the structure after a loading event. Though few applications have made it into practice, the potential for widespread use has never been better due to improvements in material behavior and reductions in cost. In this research, three different SMA-based structural applications are developed and tested. The first is a tension/compression damper that utilizes nickel-titanium (NiTi) Belleville washers. The second is a partially restrained beam-column connection utilizing NiTi bars. The third is an articulated quadrilateral bracing system utilizing NiTi wire bundles in parallel with c-shape dampers. Each system was uniquely designed to allow a structure to undergo large drift demands and dissipate energy while retaining strength and recentering ability. This exploratory work highlights the potential for SMA-based structural applications to enhance seismic structural performance and community resilience.

Multi-temporal remotely sensed data (MSS, TM and ETM+)were used for monitoring and mapping the desertification processes in North Kordofan State, Sudan.A liear mixture model (LMM) was adopted to analyse and the desertification proccesses by using the image endmembers. interpretation of ancillary data and field observation was adopted to verfiy the role of human impacts in the temporal changes in the study area. The findings of the study proved the powerfull of remotely sensed data in monitoring and mapping the desertification processes and come out with valuable recommendations which could contribute positively in reducing desert encroachment in the area.

La rencontre de l'intelligence ambiante et de la robotique d'assistance a donné naissance à ce que nous avons appelé robotique ambiante d'assistance car destinée à assister une personne en perte d'autonomie. Elle s'appuie sur l'existence de réseaux d'objets communicants présents dans l'environnement de la personne pour décliner un ensemble de services et de téléservices destinés à faciliter la vie quotidienne de cette personne et de son entourage. Un, voir plusieurs robots peuvent être présents dans cet environnement. Une communauté scientifique récente s'est construite autour de la robotique ubiquitaire. Tandis que les robots des générations précédentes ont été conçus pour réaliser des tâches spécifiques et construits en tant qu'unité indépendante, la nouvelle génération vise l'ubiquité. L'autonomie du robot est, dans ce cadre, obtenue par une interaction étroite entre le robot et l'environnement ambiant communicant. Jusqu'à ces dernières années le robot évoluait dans un environnement plutôt hostile qui ne lui facilitait pas la tâche. Dans le contexte de l'intelligence ambiante, les objets communicants de l'environnement peuvent jouer un rôle "facilitateur" en aidant le robot à se localiser, naviguer, rechercher un objet. Inversement, le robot peut être vu comme un objet communicant qui est mis à contribution par des services autres que l'assistance à la personne en perte d'autonomie. Le premier objectif de cette thèse est de proposer une architecture informatique permettant la coopération entre le robot et les objets communicants présents dans l'environnement tels que les capteurs ou les actionneurs. Une des difficultés est que le robot évolue dans un environnement encombré, changeant de façon non prédictible au sens où, par exemple, les capteurs ambiants peuvent être disponibles/indisponibles, accessibles/inaccessibles. Il est donc nécessaire de disposer de mécanismes d'adaptation face à des situations diverses voir imprévues afin qu'au final, le robot réussisse sa mission, se déplacer d'un point A à un point B, si possible en tenant compte de contraintes telles que le degré d'urgence ou le niveau de précision. Nous avons aussi pris en compte une autre contrainte, d'ordre éthique, dimension très débattue dans les projets de robotique d'assistance à domicile, qui est le degré d'intrusion. L'intrusion d'une intelligence ambiante capable d'agir et de percevoir, en présence de la personne, occasionne une gêne pour celle-ci et son entourage. Dans le cadre de cette thèse, nous évaluerons notre architecture informatique de coopération entre le robot et le réseau de capteurs, ainsi que les mécanismes d'adaptation avec la tâche de localisation du robot. L'ambition est de fournir un résultat de localisation à tout prix, quitte à ce qu'il soit dégradé et ce, quelle que soit la situation rencontrée. Pour répondre à cette obligation de résultat, nous avons introduit la notion d'effet. Le système cherche à se rapprocher le plus près possible de l'effet demandé. C'est la solution acceptable, au sens de certains critères, qui est retenue. Ce n'est pas forcément la solution optimale. Le deuxième objectif de la thèse est de proposer une méthode de localisation par coopération robot-environnement communicant. Notre ambition est de localiser avec certitude le robot dans une zone de l'habitat. Les dimensions de cette zone peuvent être très variables. Ces dimensions dépendent des besoins de la tâche, voire de l'enchaînement de tâches, que prévoit de réaliser le robot à cet instant, mais découlent aussi de facteurs comme la dispersion des capteurs dans l'environnement, la qualité des mesures disponibles. Nous partons du principe qu'une bonne connaissance de sa situation, la certitude d'être dans cette zone avec une précision connue, permettra au robot d'adopter la meilleure stratégie possible pour assurer sa mission qui est de retrouver la personne dans son habitat. Aussi, la position et l'orientation du robot doivent être données avec une précision garantie. C'est moins la précision que la certitude que le robot appartienne à cette zone qui importe. Bien que l'approche de localisation ait pour ambition d'utiliser les mesures provenant d'un réseau de capteurs, les plus variés possibles, situés dans l'environnement ou sur le robot, elle n'a pas vocation, du moins dans sa version de base, à répondre à tous les cas de figure. Nous allons préciser le périmètre de son utilisation. L'un des intérêts de cette méthode est d'être apte à utiliser des mesures issues de capteurs du robot et de l'environnement. Les mesures sont des angles connus avec une certaine incertitude. La localisation est obtenue par multilatération. La version de l'algorithme proposé dans cette thèse a pour vocation d'une part, de montrer l'intérêt de l'approche par intervalles, et d'autre part, de disposer d'une méthode de localisation qui sera utilisée par les agents capteurs du SMA décrit plus haut. Des améliorations peuvent être apportées sur plusieurs points. Tout d'abord, les mesures aberrantes qui violent de l'hypothèse d'erreur bornée ne sont pas traitées. Il existe des pistes dans la littérature pour y remédier. Par ailleurs, il a été considéré, pour simplifier la présentation de l'approche, que la localisation des capteurs et des marqueurs de l'environnement était connue. Mais il est facile d'introduire cette incertitude dans l'algorithme.

Lietuvoje privatūs asmenys (spekuliantai) vis dažniau pasirenka įvairesnes investicijos formas. Viena iš sparčiai populiarėjančių investicijos formų – prekyba akcijomis Lietuvos vertybinių popierių biržoje tarpininkaujant finansų maklerių įmonėms. Investuotojai/spekuliantai norėtų žinoti, ar teorijoje aprašyta techninė analizė gali suteikti pakankamai informacijos, kad būtų galima apsispręsti, pirkti ar parduoti akcijas. Darbo tikslas yra nustatyti ar taikytini yra techninės analizės matematiniai modeliai Lietuvos vertybinių popierių rinkoje. Buvo taikomi penki pagrindiniai techninės analizės matematiniai modeliai: - paprastąjį slankųjį vidurkį (SMA); - eksponentinį slankųjį vidurkį (EMA); - slankaus vidurkio konvergencijos ir divergencijos indikatorių (MACD); - santykinio stiprumo indeksą (RSI); - stochastinį indikatorių; Buvo sukurta programinė įranga kuri, analizuodama pagal statistinius duomenis matematinių modelių generuojamus pirkimo pardavimo signalus, skaičiavo prekybos rezultatus. Tyrimo rezultatai parodė, kad krypties indikatorių SMA, EMA bei MACD naudojimas Lietuvos vertybinių popierių rinkoje pasitvirtino. Osciliatorių naudojimas Lietuvos vertybinių popierių rinkoje davė arba prastus arba neigiamus rezultatus. / There are more and more private persons (speculators) who a choosing different types of investment in Lithuania. More people are willing to participate in the stock trade in the Lithuanian stock market with brokers mediation. Investors/speculators are willing to know if technical analysis, that is well described in the theory, can give enough information that could lead to decision to buy or sell the stock. The goal of this study is to identify if the mathematical models, that are described by technical analysis, are possible to use in Lithuanian stock market. The mathematical models are: - simple moving average, SMA; - exponential moving average, EMA; - moving average convergence and divergence, MACD; - relative strength indicator, RSI; - Stochastic oscillator. The software was developed to calculate the result of all possible trades. All trades were made after receiving the signals according to mathematical calculations when statistic data where entered. The result of the study proved with positive results the use of trend indicators like SMA, EMA and MACD in Lithuanian stock market. The use of oscillators is not offered to use in Lithuanian stock market according to study results.

The ability to adjust structural response to external loading and ensure structural safety and serviceability is a characteristic of Smart Systems. The key to achieving this is through the development and implementation of smart materials. An example of a smart material is a Shape Memory Alloy (SMA). Reinforced concrete structures are designed to sustain severe damage and permanent displacement during strong earthquakes, while maintaining their integrity, and safeguarding against loss of life. The design philosophy of dissipating the energy of major earthquakes leads to significant strains in the steel reinforcement and, consequently, damage in the plastic hinge zones. Most of the steel strain is permanent, thus leading to large residual deformations that can render the structure unserviceable after the earthquake. Alternative reinforcing materials such as superelastic SMAs offer strain recovery upon unloading, which may result in improved post-earthquake recovery. Shape Memory Alloys have the ability to dissipate energy through repeated cycling without significant degradation or permanent deformation. Superelastic SMAs possess stable hysteretic behavior over a certain range of temperature, where its shape is recoverable upon removal of load. Alternatively, Martensite SMAs also possess the ability to recover its shape through heating. Both types of SMA demonstrate promise in civil infrastructure applications, specifically in seismic-resistant design and retrofit of structures. The primary objective of this research is to investigate experimentally the performance of concrete beams and shear walls reinforced with superelastic SMAs in plastic hinge regions. Furthermore, this research program involves complementary numerical studies and the development of a proposed hysteretic constitutive model for superelastic SMAs applicable for nonlinear finite element analysis. The model considers the unique characteristics of the cyclic response of superelastic materials.

Orientador: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Resumo: Diversos estudos relacionados à atenuação de vibrações utilizando materiais inteligentes vem sendo amplamente explorados no meio acadêmico. Neste âmbito, as Ligas de Memória de Forma (LMF) se destacam por apresentarem dissipação de energia vibratória devido ao seu comportamento histerético promovido pelo efeito pseudoelástico. No presente trabalho, dois sistemas com um e dois graus de liberdade, contendo mola helicoidal de LMF como elemento resiliente, são implementados numericamente para demonstrar a atenuação de vibrações ocasionada pelas transformações de fase presentes no material. Para cada um dos sistemas mecânicos investigados, dois modelos termomecânicos são confrontados numericamente visando a obtenção das características de cada modelo em representar a atenuação de vibrações dos sistemas submetidos à carregamentos termo-mecânicos. O trabalho termina comentando as potencialidades da proposta apresentada, discutindo as facilidades e dificuldades encontradas na sua implementação e apontando para o desenvolvimento de futuros estudos. / Mestre

Les études théoriques en épidémiologie utilisent principalement des équations différentielles pour étudier (voire tenter de prévoir) les processus infectieux liés aux maladies contagieuses, souvent sous des hypothèses peu réalistes (ex: des populations spatialement homogènes). Cependant ces modèles ne sont pas bien adaptés pour étudier les processus épidémiologiques à différentes échelles et ils ne sont pas efficaces pour prédire correctement les épidémies. De tels modèles devraient notamment être liés à la structure sociale et spatiale des populations. Dans cette thèse, nous proposons un ensemble de nouveaux modèles dans lesquels différents niveaux de spatialité (par exemple la structure locale de la population, en particulier la dynamique de groupe, la distribution spatiale des individus dans l'environnement, le rôle des personnes résistantes, etc.) sont pris en compte pour expliquer et prédire la façon dont des maladies transmissibles se développent et se répandent à différentes échelles, même à l'échelle de grandes populations. La manière dont les modèles que nous avons développé sont paramétrés leur permet en outre d'être reliés entre eux pour bien décrire en même temps le processus épidémiologique à grande échelle (population d'une grande ville, pays ...) mais avec précision dans des zones de surface limitée (immeubles de bureaux, des écoles). Nous sommes d'abord parvenus à inclure la notion de groupes dans des systèmes d'équations différentielles de modèles SIR (susceptibles, infectés, résistants) par une réécriture des dynamiques de population s'inspirant des réactions enzymatiques avec inhibition non compétitive : les groupes (une forme de complexe) se forment avec des compositions différentes en individus S, I et R, et les individus R se comportent ici comme des inhibiteurs non compétitifs. Nous avons ensuite couplé de tels modèles SIR avec la dynamique globale des groupes simulée par des algorithmes stochastiques dans un espace homogène, ou avec les dynamiques de groupe émergentes obtenues dans des systèmes multi-agents. Comme nos modèles fournissent de l'information bien détaillée à différentes échelles (c'est-à-dire une résolution microscopique en temps, en espace et en population), nous pouvons proposer une analyse de criticité des processus épidémiologiques. Nous pensons en effet que les maladies dans un environnement social et spatial donné présentent des signatures caractéristiques et que de telles mesures pourraient permettre l'identification des facteurs qui modifient leur dynamique.Nous visons ainsi à extraire l'essence des systèmes épidémiologiques réels en utilisant différents modèles mathématique et numériques. Comme nos modèles peuvent prendre en compte les comportements individuels et les dynamiques de population, ils sont en mesure d'utiliser des informations provenant du BigData, collectée par les technologies des réseaux mobiles et sociaux. Un objectif à long terme de ce travail est d'utiliser de tels modèles comme de nouveaux outils pour réduire les épidémies en guidant les rythmes et organisation humaines, par exemple en proposant de nouvelles architectures et en changeant les comportements pour limiter les propagations épidémiques. / Theoretical studies in epidemiology mainly use differential equations, often under unrealistic assumptions (e.g. spatially homogeneous populations), to study the development and spreading of contagious diseases. Such models are not, however, well adapted understanding epidemiological processes at different scales, nor are they efficient for correctly predicting epidemics. Yet, such models should be closely related to the social and spatial structure of populations. In the present thesis, we propose a series of new models in which different levels of spatiality (e.g. local structure of population, in particular group dynamics, spatial distribution of individuals in the environment, role of resistant people, etc) are taken into account, to explain and predict how communicable diseases develop and spread at different scales, even at the scale of large populations. Furthermore, the manner in which our models are parametrised allow them to be connected together so as to describe the epidemiological process at a large scale (population of a big town, country ...) and with accuracy in limited areas (office buildings, schools) at the same time.We first succeed in including the notion of groups in SIR (Susceptible, Infected, Recovered) differential equation systems by a rewriting of the SIR dynamics in the form of an enzymatic reaction in which group-complexes of different composition in S, I and R individuals form and where R people behave as non-competitive inhibitors. Then, global group dynamics simulated by stochastic algorithms in a homogeneous space, as well emerging ones obtained in multi-agent systems, are coupled to such SIR epidemic models. As our group-based models provide fine-grain information (i.e. microscopical resolution of time, space and population) we propose an analysis of criticality of epidemiological processes. We think that diseases in a given social and spatial environment present characteristic signatures and that such measurements could allow the identification of the factors that modify their dynamics.We aim here to extract the essence of real epidemiological systems by using various methods based on different computer-oriented approaches. As our models can take into account individual behaviours and group dynamics, they are able to use big-data information yielded from smart-phone technologies and social networks. As a long term objective derived from the present work, one can expect good predictions in the development of epidemics, but also a tool to reduce epidemics by guiding new environmental architectures and by changing human health-related behaviours.

Les modèles développés afin de prédire le comportement des Alliages à Mémoire de Forme (AMF) sont généralement basés sur une description phénoménologique simplifiée de l’activation des variantes de martensite sous chargement thermomécanique. Cette étude a pour objectif de modéliser et de caractériser par nanoindentation la formation discrète des plaquettes de martensite à l’échelle nanométrique. Un nouveau critère, nommé critère de Patel-Cohen d’indentation, est proposé afin de décrire l’activation de la première variante de martensite sous l’indent et sa transformation inverse. L’évidence de transformation martensitique est observée sur les courbes d’indentation par l’apparition successive d’évènements de type « pop in » et « pop out » lors, respectivement, de la charge et de la décharge. Cela met en évidence la discontinuité spatio-temporelle de l’activation et de la propagation de la transformation martensitique à l’échelle nanométrique. L’émission de dislocations dans le nickel pur a été étudiée en tout premier lieu afin de valider et la procédure de nanoindentation utilisant un indent Berkovich et le calcul des facteurs de Schmid d’indentation décrivant l’activation de « pop ins » correspondant à l’activation et à la propagation de dislocations. Un bon accord est trouvé entre les essais réalisés sur un AMF CuAlBe superélastique et la dépendance théorique à l’orientation cristallographique des charges de « pop-ins » et de « pop outs » prédite par le critère de Patel-Cohen d’indentation introduit dans cette étude / Constitutive models developed to predict Shape Memory Alloys (SMA) behavior are often based on a simplified phenomenological description of martensite variant activation under thermomechanical loading at the micro scale. This study aims at modeling and characterizing by nanoindentation the discrete variant activation events at the nano scale. A new criterion is proposed to describe the first martensite variant activation beneath the indenter. Evidence of discrete martensitic transformation is observed during nanoindentation by the successive occurrences of pop-in and pop-out load events on the force versus displacement curve during respectively loading and unloading. Thus, the spatial-temporal discontinuity of phase transformation activation and propagation is highlighted at the nano scale with the introduction of an indentation Patel-Cohen factor for both forward austenite-martensite and reverse phase transformations. Dislocation emission in pure nickel is first studied to validate both the nanoindentation testing procedure using a Berkovich indenter and the calculations of indentation Schmid factors to describe excursion bursts corresponding to dislocation activation and propagation. Good agreement is found between nanoindentation tests performed on a superelastic CuAlBe SMA and theoretical crystallographic dependence of pop-in and pop-out loads predicted by the new introduced indentation Patel and Cohen factor

Spinal muscular atrophy (SMA) is an autosomal recessive neuromuscular disorder characterized by widespread loss of lower motor neurons from the spinal cord. Lower motor neuron degeneration leads to a progressive decline in motor development, manifesting as muscle atrophy and weakness. It is now well characterised that ubiquitin homeostasis is altered in SMA and that reduction of the ubiquitin-like modifier-activating enzyme 1 (UBA1) is central to this disruption. UBA1 is responsible for activating ubiquitin as the first step in the ubiquitin conjugation process, marking unwanted proteins for degradation by the proteasome. While it is known that therapies targeting UBA1 rescue neuromuscular phenotypes in SMA models, the mechanism by which UBA1 mediates neurodegeneration is unclear. In fact, very little is known about the function of UBA1 beyond its canonical role in the ubiquitin proteasome system. To better understand the role of UBA1 in motor neuron degeneration, a robust set of antibodies for both in vivo and in vitro work to study UBA1 have been identified. This enabled a novel characterisation of UBA1 distribution throughout disease progression in SMA spinal motor neurons to be performed, revealing that UBA1 reduction is an important pre-symptomatic molecular feature of SMA. To identify downstream targets of UBA1 critical for UBA1-mediated degeneration in SMA, label-free proteomics was performed on HEK293 cells after overexpression or knockdown of UBA1. The proteomics data was analysed across multiple platforms, including Biolayout, IPA and DAVID to identify UBA1-dependent pathways and demonstrated that modulation of UBA1 levels lead to disruption of key cellular pathways including translation elongation, nuclear transport, and tRNA synthetases. Validation of target proteins from these UBA1-dependent pathways identified that the tRNA synthetease GARS behaves in a UBA1-dependent manner across a range of model systems in vitro and in vivo. It was then identified that GARS expression is significantly dysregulated across a range of neuronal tissues in a mouse model of SMA. Interestingly, mutations in GARS cause Charcot-Marie-Tooth disease type 2D (CMT2D), an axonal neuropathy, in which a disruption to sensory neuron fate in dorsal root ganglia has recently been identified. In a mouse model of SMA we identified a phenotype consistent with that in the CMT2D mouse model and showed that disruption to sensory neuron fate is reversible and dependent on changes in UBA1 and GARS expression in SMA. In conclusion, modulation of UBA1 levels leads to disruption of key cellular pathways, with dysregulation of tRNA synthetases a prominent feature that is likely to play a role in the pathogenesis of SMA.