Homes that can collaborate with their residents rather than simply provide shelter are becoming a reality. These homes such as Georgia Techs Aware Home and MITs house_n can potentially provide support to their residents. Because aging adults may be faced with increasing mental and/or physical limitation(s) they may stand to benefit, in particular, from supports provided by these homes if they utilize the technologies they offer. However, the advanced technology in these aware homes often makes use of sensing devices that capture some kind of image-based information. Image-based information capture has previously been shown to elicit privacy concerns among users, and even lead to disuse of the system. The purpose of this study was to explore the privacy concerns that older adults had about a home equipped with visual sensing devices. Using a scenario-based structured interview approach I investigated how the type of images the home captures as well as the physical and mental health of the residents of the home affected privacy concerns as well as perceived benefits. In addition, responses to non-scenario-based open ended structured interview questions were used to gain an understanding of the characteristics of the influential variables. Results suggest that although most older adults express some concerns about using a visual sensing device in their home, the potential benefits of having such a device in specific circumstances outweigh their concerns. These findings have implications in privacy and technology acceptance theory as well as for designers of home based visual monitoring systems.

The conventional medical immunoassays (ELISA/CLIA/FPIA) are not only costly (>10,000 USD), large in size (>10,000 cm3), but also require a vast number of sampling (25 £gL/well ¡Ñ 12 well) and long detection time (1~2.5 hr). To develop a biomedical microsensor for the application of portable detecting microsystem, this thesis proposes a flexural plate wave (FPW) microsensor with a novel reflection grating electrode (RGE) microstructure. Comparing to the conventional acoustic microsensors, the FPW based device has higher mass sensitivity, lower operation frequency but higher noise level. To overcome this disadvantages, this study added the RGE microstructure into the design of FPW sensor and investigated its influences on the reduction of insertion loss and noise level. By using the surface and bulk micromachining technologies, this thesis designed and fabricated FPW-based mass-sensing device with a small volume of 0.189 cm3 and a novel RGE microstructure. The main processing steps adopted in this research include six photolithoghaphies and nine thin-film depositions. In this work, a high figure-of-merit C-axial orientation ZnO piezoelectric thin-film was deposited by a commercial magnetic radio-frequency (RF) sputter system. On the other hand, the gold/chrome interdigital transducer (IDT) and RGE aluminum electrode were deposited utilizing a commercial E-beam evaporator system. For the optimization of design specifications of the FPW devices, the space of input and output IDTs, pair number of IDT, length of delay line gap and with/without RGE design were varied and investigated. Under the optimized IDT specification, the FPW microstructure presents lower central frequency (2¡ã4 MHz), insertion loss (-11 dB) and noise level (<-30 dB) than that of the FPW based microsensor without RGE microstructure. In addition, as the sampling volume of the testing DI water is equal to 1 £gL, a high mass sensitivity (-48.3 cm2/g) and short responding time (5 min) of the FPW microsensor with RGE design can be achieved in this work. The excellent characteristics mentioned above demonstrated the implemented FPW microsensor is very suitable for the applications of portable biomedical detecting microsystems.

Les contextes mondiaux énergétiques, climatiques et économiques actuels évoluent de manières telles que le dihydrogène H2 prend une place de plus en plus importante en tant que combustible et vecteur énergétique. Le dihydrogène est un gaz incolore, inodore et non-toxique donc indécelable par les sens humains, mais il est extrêmement inflammable et explosif. De plus, H2 est caractérisé par un domaine d'explosivité très large, de 4 % à 75 % de H2 dans l'air. L'objet de ce travail de thèse a donc été de préparer des capteurs de sécurité ou de quantification originaux et ayant des performances accrues pour la détection de H2. Les capteurs préparés sont de types résistifs et les métaux sensibles utilisés sont le palladium et le platine. Afin d'améliorer les performances de détection de ces capteurs à dihydrogène, plusieurs morphologies de couches sensibles ont été conçues : des monocouches organisées à 2 dimensions de nanoparticules cœurs-coquilles Pd@Au et Pt@Au formées par la méthode de Langmuir-Blodgett ou immobilisés sur les substrats par un agent de couplage de type silane (mercaptopropyltrimethoxysilane), des dépôts physiques à 2 dimensions et des films de nanoparticules à 3 dimensions. Selon la morphologie de la couche préparée et le type de métal sensible utilisé, divers mécanismes de détection ont été mis en évidence et diverses performances de détection ont été observées (type et amplitude de réponse, gamme de détection, temps de réponse et de retour,...). Les modèles de Fuchs-Sondheimer et Mayadas-Shatzkes d'une part, et un modèle de percolation par la création de chemins de conduction d'autre part, ont permis d'expliquer les variations de résistivité électrique des couches sensibles à base respectivement de platine et de palladium lors de l'exposition à l'hydrogène. / Hydrogen takes is foreseen as a generalized fuel and energy carrier. It is a colorless, odorless and non-toxic gas, and therefore it is undetectable by the human senses. Hydrogen has a severe drawback as it is an extremely flammable and explosive gas. Moreover, H2 has a wide explosive range, from 4 to 75 % H2 in air. Therefore, the aim of this PhD work was to develop safety and concentration sensors with enhanced performances. Resistive sensing layers were designed on several morphologies and sensing materials : 2D Langmuir-Blodgett organized monolayers of core-shell Pd@Au or Pt@Au nanoparticles, immobilized Pd@Au monolayer grafted through a self assembled monolayer, evaporated 2D metal films of Pt or Pd, and 3D platinum nanoparticles arrays. According to the sensing layer morphology and sensing metal, numerous sensing mechanisms and performances were demonstrated (response type and amplitude, sensing range, response and recovery times,…). Fuchs-Sondheimer and Mayadas-Shatzkes models on the one hand, and a percolation model on the other, allowed the origin of electrical resistance changes to be pointed out, respectively for platinum and palladium sensing layers.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第24896号 / 工博第5176号 / 新制||工||1988(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻 / (主査)准教授 PIPATPONGSA Thirapong, 教授 肥後 陽介, 教授 岸田 潔, 教授 安原 英明 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

La stratégie de l'équipe biorobotique est de s'inspirer de découvertes faites en biologie chez l'insecte ailé dont la vision est adaptée à la navigation autonome dans un environnement 3D inconnu. Cette inspiration donne naissance la réalisation de capteurs visuels minimalistes permettant de rendre autonomes des robots volants, pour des tâches complexes telles que : le décollage et l'atterrissage automatiques, l'évitement d'obstacles et, dans le cas de cette thèse, le vol stationnaire.Cette thèse présente la mise en œuvre des capteurs visuels minimalistes bio-inspirés qui, grâce à des algorithmes de traitement que nous avons réalisés, sont capables de localiser la position d'objets visuels en tirant partie de propriétés souvent bannies en optique : un flou, obtenu par défocalisation, associé à un micro-mouvement rétinien actif. Nous montrons que la précision en localisation ainsi obtenue est considérablement améliorée par rapport à la résolution statique définie par l'échantillonnage spatial : ces capteurs optiques bio-inspirés sont donc dotés d'hyperacuité.Cette thèse présente aussi l'œil composé artificiel miniature CurvACE (de 2,2cm3 pour 1,75g) doté d'une vision panoramique (180x60°). Cette thèse décrit la caractérisation et la mise en œuvre du capteur CurvACE sur le robot HyperRob. En fusionnant les mesures de position données par une quarantaine de pixels couvrant un grand champ visuel, l'œil CurvACE mesure sa position par rapport à un environnement visuel texturé complexe. Nous montrons aussi que le robot volant HyperRob, attaché au bout d'un bras, stabilise son roulis et sa position, dans le plan azimutal, grâce à son œil composé artificiel doté d'hyperacuité. / The biorobotics team from the Institute of Movement Sciences (Marseille, France) takes its inspiration from biological studies on flying insects which are able to navigate into unknown 3D environments with a high maneuverability. These studies led us to build minimalist optical sensors to make aerial robots autonomous for achieving complex tasks such as automatic landing and take-off, obstacle avoidance and very accurate hovering flight depicted in this doctoral thesis. This work presents several bio-inspired visual sensors implemented with different visual processing algorithms. All these sensors are able to locate visual objects (contrasting edges and bars) with unusual properties for optical sensing devices: a blur obtained by defocusing optics related with active retinal micro-movements to improve the sensor resolution. We showed that the resolution in locating contrasting objects can be improved up to 160 fold better than the static resolution defined by the pixel pitch, which means that these bio-inspired optical sensors are endowed with hyperacuity.The thesis presents a miniature artificial compound eye CurvACE (of 1.75g for 2.2cm3) with a panoramic field of view (180x60°). This thesis describes thoroughly the characterization and the implementation of the CurvACE sensor onboard an aerial robot named HyperRob. This artificial compound eye acts as a position sensing device able to measure its position relative to a complex textured scene by fusing the position measurements obtained by 40 pixels. The tethered flying robot HyperRob (a 150-g bi-rotor with a 23-cm wingspan) stabilizes its roll and its position thanks to its hyperacute artificial compound eye.

This thesis proposes a DIY environmental sensing approach that empowers citizens to reinvigorate people's awareness of, and concern for, pollution. Current air pollution measuring techniques are described, and a new concept of participatory sensing is presented. I argue that technological advances in sensing, computation, storage, and communication now have the power to turn the near-ubiquitous mobile phone into a global mobile sensing device, and commence the participatory paradigm employing amateurs in environmental data collection. To test the thesis, PAIR, a prototype with interchangeable sensor, was developed. It aims to enable people to sense environment on-the-go and provide users with immediate feedback. Such data can make people learn about their environment, make them aware of air pollution causes, and eventually even bring behavioral changes. Consequently, a user survey and interviews identify strengths and weaknesses of the mobile sensing device, and based on the usability requirements, we conclude design recommendations for further development. Finally, we identify the main benefits amateur data collection and participatory sensing represent for urban dwellers, and we evaluate issues and challenges they have yet to overcome.

Le suivi de l'état de santé et de la réactivité émotionnelle chez l'individu est au cœur de la médecine de demain ; il participe notamment au développement de nouveaux services de soins en santé tels que la médecine à domicile, la médecine mobile ou encore la médecine personnalisée. Cependant il nécessite d'une part la définition d'indicateurs adaptés à la mesure en environnement complexe, et d'autre part la conception d'exocapteurs et d'instrumentations intégrés dans l'environnement de l'individu. Les travaux de cette thèse présentent la démarche nécessaire au passage de mesures physiologiques en laboratoire à celles des conditions de la vie de tous les jours, en s'articulant autour de deux axes d'étude : Le premier axe concerne la conception et le développement d'une instrumentation ambulatoire pour la mesure de paramètres physiologiques en conditions écologiques. Le système portable EmoSense conçu pour la mesure de la fréquence cardiaque, de la résistance cutanée et de la température cutanée permet l'identification de nouveaux indicateurs de la réactivité émotionnelle à partir de mesures réalisées en situations réelles. L'expérimentation présentée sur l'objectivation du stress chez les personnes aveugles pendant leur déplacement en milieu urbain a permis la construction d'un nouvel indicateur pour l'analyse de l'activité électrodermale. Par ailleurs, cette démarche met en avant l'importance de la mise en place de plateformes ayant pour objectif de fournir un support pour l'expérimentation en conditions écologiques, telles que les Living Lab. La seconde partie des travaux est consacrée à la mesure de l'activité électrodermale (résistance électrique cutanée) pendant la conduite de véhicule. Cette mesure est basée sur la conception et le développement d'un volant instrumenté. Ce travail illustre les difficultés technologiques liées à la mesure de signaux bioélectriques par exocapteurs pour leur intégration dans l'environnement de l'individu. Nous proposons ainsi une topologie innovante de placement des électrodes dans le but d'optimiser les facteurs de disponibilité et de robustesse du signal liés à la mesure de signaux bioélectriques par exocapteurs. / Improvement in quality and efficiency of health and medicine, at home and in hospital, has become of paramount importance. The solution to this problem would require the continuous monitoring of several key patient parameters, including emotional reactivity analysis, in order to assist the development of mobile Health or personalized Health. But it often requires a new definition of commonly used indicators to adapt them for an in situ monitoring, and also the design of exo-sensors and instrumentations integrated in the environment. This PhD work contributes to the definition of the steps leading experiments from laboratory to real-life conditions: First a new ambulatory device was developed to enable the measurement of heart rate, electrodermal activity and skin temperature during in situ experiments, for the definition of new indicators of emotional reactivity. Experimenting in real-life settings has led to the definition of a novel, more pertinent parameter for the evaluation of stress in the blind when walking in urban space.These results were very encouraging for the use of such ambulatory devices for experiments under real-life conditions, such as Living Labs. The second part deals with the assessment of electrodermal activity while driving. This work is based on the design and the development of a steering wheel enabling the measurement of galvanic skin resistance. This has shown the challenges and issues of the assessment of bioelectric signals with exo-sensors for their integration in the human environment. Therefore we propose a new and innovative topology of electrodes on the steering wheel, for the optimization of the amount of available data and the quality of biolectric signals.