Abstract The world is rapidly developing into a networked society, where people, machines, data, services and applications are tightly integrated by means of information and communications technology. The members of Wireless Sensor requires solutions to support the unprecedented level of the system’s pervasion and heterogeneity, solutions which are missing today. Today’s device-level design procedures are an obstacle in the transition to this heterogeneous future, which demands diverse Internet of Things (IoT) devices, including low-end and low-power ones. Reducing the design and production costs of devices in low to mid-scale production quantities, requires new approaches to cope with application versatility. To address this problem, this thesis proposes a novel wireless sensor and actuator network (WSAN)/IoT device design methodology based on the combination of two approaches: platform-based design and autoconfiguration, that are applied to hardware (HW) and software (SW) components. Unlike the state-of-the-art methodologies, the methodology proposed enables more flexibility both during the design and after device deployment, while reducing the development expenses and time-to-market. Although neither of the two these approaches is fundamentally novel on its own, in this thesis they are employed in, and adapted to, extremely resource restricted systems. The feasibility of the methodology is shown by the development of technology artifact representing a Plug-and-Play enabled WSAN/IoT device platform. The new devices are assembled from HW modules, encapsulating the various power supply, processing, transceiver, sensor and actuator units, or sets of those. The central control unit of a device automatically identifies the HW, and configures the SW accordingly. The technology enablers for this - the HW and SW architectures and interfaces – are reported in this thesis. Experimentation confirms the viability of the proposed concepts and mechanisms. The utility of the designed solutions has been shown by a series of successful research projects and experimental results. / Tiivistelmä Maailma on nopeasti muuttumassa verkottuneeksi yhteisöksi, jossa ihmiset, koneet, tiedot, palvelut ja sovellukset ovat integroituneet tiiviisti yhteen tieto- ja viestintätekniikan avulla. Tämän dynaamisen ihmisten ja koneiden välisen yhteisön jäsenillä on erilaisia ja jopa ainutlaatuisia kykyjä. Tämän vision toteutuminen edellyttää toistaiseksi puuttuvia ratkaisuja, jotka tukevat ennennäkemättömän laajalle levinnyttä ja hajanaista järjestelmää. Nykyiset laitetason suunnittelumenetelmät estävät siirtymisen tähän heterogeeniseen tulevaisuuteen, joka edellyttää monipuolisia IoT-laitteita (Internet of Things, esineiden internet), mukaan lukien yksinkertaiset ja vähän virtaa kuluttavat laitteet. Tuotantomääriltään pienten ja keskisuurten laitteiden suunnittelu- ja tuotantokustannusten vähentäminen edellyttää uusia lähestymistapoja sovellusten monipuolisuuden vuoksi. Tutkielmassa ehdotetaan tämän ongelman ratkaisuksi uutta langattomien antureiden ja toimilaitteiden verkon (WSAN) / IoT-laitteiden suunnittelumenetelmää, joka perustuu näiden kahden lähestymistavan yhdistelmään: käyttöympäristöön perustuva rakenne ja automaattinen määritys, joita sovelletaan sekä laitteisto- että ohjelmistokomponentteihin. Toisin kuin nykyiset johtavat menetelmät, ehdotettu menetelmä on joustavampi sekä suunnitteluvaiheessa että laitteen käyttöönoton jälkeen. Tämä vähentää kehityskustannuksia ja laitteen markkinoille tuomiseen tarvittavaa aikaa. Vaikka kumpikaan menetelmä ei ole lähtökohtaisesti uusi, tutkielmassa niitä käytetään järjestelmissä, joissa on äärimmäisen rajoitetut resurssit, ja ne sovitetaan niihin. Menetelmän käyttökelpoisuutta esitellään kehittämällä Plug and Play –yhteensopivaa WSAN-/IoT-laiteympäristöä edustava tekninen artefakti. Uudet laitteet kootaan laitteistomoduuleista, joissa on erilaisia virtalähteitä, prosessori-, lähetin-vastaanotin-, anturija toimilaiteyksikköjä tai niistä koostuvia kokonaisuuksia. Laitteen keskusyksikkö tunnistaa laitteiston automaattisesti ja konfiguroi sen. Tutkielmassa kerrotaan, mitä teknologiaa eli laitteisto- ja ohjelmistoarkkitehtuureja ja -rajapintoja sovelluksessa on käytetty.

Abstract Plant fibres are an important part of modern daily life. The most obvious consumer products manufactured from them are paper, cardboard and the fibreboards used in the construction and furniture industries. Plants producing a woody stem are the most widely used raw materials for these fibre products but fibres originating from other plants, i.e. non-wood fibres, are used too. One of the most promising potential non-wood fibre resource categories is that of grasses, of which the cereals are the most important plants grown worldwide. A huge amount of straw is generated as an agricultural by-product annually, but the amount used as an industrial raw material is low because it contains components that are detrimental either to processability or to product quality. The purpose of pulp fractionation is to divide pulp into fractions with distinct properties. Industrially feasible fractionation methods are pressure screening, hydrocyclone fractionation and flotation. In pressure screening, separation is based on a mechanical barrier and particles are fractionated according to their dimensions, while a hydrocyclone fractionates particles according to their density and specific surface area and flotation fractionates particles according to their surface chemistry. These methods are traditionally used for removing impurities from pulp but numerous reports on pulp fractionation can also be found. Previous fractionation experiments were performed using wood-based pulps, whereas no previous studies are available concerning the fractionation of pulps manufactured using grasses. The aim of the present work was to determine whether it is possible to fractionate wheat straw pulp by methods that are feasible on an industrial scale. The experimental part was concerned with wheat straw pulp fractionation by pressure screening, hydrocyclone fractionation and flotation. The results show that all these fractionation methods were able to divide the wheat straw pulp into fractions with different cell properties and cell types, e.g. distinct cell lengths, cell wall thicknesses or surface chemistries. Likewise, fractionation can be used to remove detrimental components or to optimize pulp properties according to their end use or to optimize pulp processing sequences. Due to the uniform structure of grasses, it is likely that the results can be generalized to other grasses than that employed here. / Tiivistelmä Kasvisoluja sisältävät tuotteet ovat laajalti mukana ihmisten jokapäiväisessä elämässä. Kaikista näkyvimpiä tuotteita ovat paperi- ja kartonkituotteet sekä rakennus- ja huonekaluteollisuuden käyttämät kuitulevyt. Perinteisesti kasvikuidut näihin tuotteisiin on saatu puuvartisista kasveista, mutta raaka-aineena käytetään muitakin kasveja, niin kutsuttuja non-wood kasveja. Yksi potentiaalinen kasviryhmä teollisuuden raaka-aineeksi ovat heinäkasvit. Muun muassa tärkeimmät viljakasvit ovat heinäkasveja, ja maatalouden sivutuotteina syntyy korsimateriaalia maailmanlaajuisesti huomattava määrä. Heinäkasvien teollinen hyödyntäminen on kuitenkin vähäistä sillä ne sisältävät komponentteja, jotka haittaavat materiaalin prosessointia tai ovat lopputuotteen ominaisuuksia heikentäviä. Kuitususpension fraktioinnin tarkoituksena on jakaa suspensio kahteen tai useampaan jakeeseen, joiden kuituominaisuudet tai solukoostumus ovat erilaiset. Teollisesti käytettävissä olevia fraktiointilaitteita ovat painelajitin, hydrosykloni ja flotaatio: painelajittimessa erottuminen perustuu mekaaniseen esteeseen ja partikkelit erottuvat pääasiassa partikkelin dimensioiden perusteella, hydrosyklonissa erottuminen tapahtuu partikkelien tiheyden ja ominaispinta-alan mukaan kun taas flotaatiolla voidaan erottaa pintakemialtaan erilaisia partikkeleita. Näitä laitteita on perinteisesti käytetty epäpuhtauksien poistamiseen kuitususpensiosta, mutta laitteiden käyttöä puusta valmistettujen massojen fraktiointiin on tutkittu laajasti. Heinäkasveista valmistettujen massojen fraktiointiin näitä menetelmiä ei ole sovellettu. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää vehnämassan sisältämien solujen fraktiointia teollisuuden käyttöön soveltuvilla menetelmillä. Työn kokeellisessa osassa fraktiointiin vehnäsellua painelajittimella, hydrosyklonilla ja flotaatiolla. Työn tulokset osoittavat, että kaikki tutkitut fraktiointimenetelmät pystyvät jakamaan vehnämassan jakeisiin, joilla on erilaiset solujen ominaisuudet sekä solukoostumukset. Fraktioinnin avulla on mahdollista tuottaa jakeita, joiden kuitupituudet, seinämäpaksuudet sekä pintakemia eroavat. Näin ollen massasta voidaan poistaa jokin haitallinen solujae, tai vaihtoehtoisesti fraktiointia voidaan käyttää optimoitaessa massan ominaisuuksia lopputuotteen ominaisuuksien parantamiseksi, tai optimoitaessa massan prosessointia. Koska heinäkasvit ovat rakenteeltaan samanlaisia, ovat tulokset hyvin todennäköisesti yleistettävissä muidenkin heinäkasvien fraktiointiin.

Abstract There are multiple factors simultaneously affecting speech perception in elderly people. These factors include hearing acuity, aging of the auditory system, and changes in both perception and cognitive processes, all of which can interfere with speech comprehension, especially in cognitively demanding situations. The aim of this study is to clarify which factors influence the use of an automatic phone service system designed for elderly (N = 36) people. More specifically, the aim is to investigate whether it is the factors connected to the system itself or the factors connected to the elderly users and their actions with the system that are the most crucial for using the system successfully. Both quantitative and qualitative methods are used in the study. There were four people who performed as speakers in the system. Analysis of the prosodic features of their speech was performed using acoustic analysis software. The variables connected to the elderly participants (n = 30) were investigated using interviews, pure-tone and speech audiometric tests, the Mini-Mental State Examination test (MMSE), and the Token Test for speech comprehension. Statistical analyses were used to explore whether there was a statistical connection between the acoustic measurements or the variables connected to participants themselves and their performance in usability test situation. In addition, the elderly participants’ actions in the test situation were observed using a material-based, qualitative video-analysis. The individuals who performed as speakers in the system were observed to use features of elderspeak in their speech. However, these speaker characteristics had little effect on the participants’ performance in the tasks. It was the voice-menu that contained the most semantically complex text structure that proved to be the most difficult for participants. Both low scores in the Token test and poor word recognition were connected to poor performance in the tasks. It was found based on the qualitative analysis that in addition to speech comprehension, there were other cognitive processes that were important for completing the tasks successfully, i.e. remembering the instructions given (memory), and the ability to direct, divide and maintain attention during the tasks. Poor performance in the tasks and in the Token Test, as well as problems in executive functions observed in the test situation, were found to be factors predicting dropping out of the next phase of the study the following year. Qualitative analysis of language use in cognitively demanding situations can be used in evaluation of high-level language performance. It may be useful for detecting mild changes in language skills that can be symptomatic of early stages of memory disorders. The results of this study can also be utilized when designing voice-based interfaces. In addition, it is important to consider both advantages and disadvantages of using elderspeak in the fields of nursing and speech therapy. / Tiivistelmä Ikääntyvien ihmisten puheen vastaanotossa vaikuttavat samanaikaisesti monet tekijät: kuulokyky, auditiivisen järjestelmän ikääntymismuutokset sekä havaintotoimintojen ja kognitiivisten toimintojen muutokset. Nämä voivat vaikeuttaa puheen ymmärtämistä erityisesti kognitiivisesti vaativassa tilanteessa. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää ikääntyneille osallistujille (N = 36) suunnitellun automaattisen puhelinpalvelujärjestelmän käyttöön liittyviä tekijöitä. Tavoitteena on selvittää se, missä määrin toisaalta kokeiltuun järjestelmään liittyvät tekijät ja toisaalta käyttäjien ominaisuudet sekä heidän toimintansa tutkimustilanteessa olivat yhteydessä järjestelmän menestykselliseen käyttöön. Tutkimuksessa käytetään kvantitatiivisia ja kvalitatiivisia menetelmiä. Järjestelmässä kokeiltiin neljän eri puhujan äänillä nauhoitettuja toimintaohjeita. Heidän puheensa prosodisia piirteitä analysoitiin äänen ja puheen analyysiohjelmilla. Ikääntyneisiin osallistujiin (n = 30) liittyviä muuttujia tutkittiin haastattelulla, kuulon tutkimuksilla (äänesaudiometria ja puheaudiometria), kognitiivisella seulontatestillä (Mini-mental state examination = MMSE) ja puheen ymmärtämistä mittaavalla Token-testillä. Mittaustulosten ja muuttujien yhteyttä tehtävistä suoriutumiseen tarkasteltiin tilastollisesti. Osallistujien toimintaa havainnoitiin järjestelmän käyttötilanteessa aineistolähtöisellä laadullisella videoanalyysillä. Järjestelmän puhujilla havaittiin ikääntyneille suunnatun puheen piirteitä. Tehtävistä suoriutuminen oli kuitenkin hyvin samanlaista puhujasta riippumatta. Semanttisesti monimutkaisin tekstivalikko oli osallistujille vaikein äänite. Matala Token-testin pistemäärä ja heikko puheen tunnistuskyky liittyivät heikkoon tehtävistä suoriutumiseen. Laadullisen analyysin perusteella puheen ymmärtämisen ohella keskeisiä kognitiivisia prosesseja tehtävissä menestymisen kannalta olivat seuraavat: ohjeiden muistaminen, huomion suuntaaminen, jakaminen ja ylläpito. Heikko suoriutuminen tehtävissä ja Token-testissä sekä tutkimustilanteessa havaitut toiminnan ohjauksen ongelmat ennustivat toisesta tutkimusvaiheesta poisjääntiä seuraavana vuonna. Kognitiivisesti vaativista kielen käyttötilanteista tehtävillä laadullisilla analyyseilla voidaan arvioida monimutkaisia kielellis-kognitiivisia toimintoja ja löytää mahdollisesti alkaviin muistisairauksiin liittyviä lieviä kielellisiä muutoksia. Tuloksia voidaan hyödyntää ääneen perustuvien käyttöliittymien suunnittelussa. Ikääntyneille suunnatun puheen etuja ja haittoja on tärkeää pohtia myös hoitotyön ja puheterapian näkökulmasta.