The detrimental effects of rising CO₂ levels on the global climate have made carbon abatement technologies one of the most widely researched areas of recent times. In this thesis, we first present a techno-economic analysis of a novel approach to directly capture CO₂ from air (Air Capture) using highly selective adsorbents. Our process modeling calculations suggest that the monetary cost of Air Capture can be reduced significantly by identifying adsorbents that have high capacities and optimum heats of adsorption. The search for the best performing material is not limited to Air Capture, but is generally applicable for any adsorption-based separation. Recently, a new class of nanoporous materials, Metal-Organic Frameworks (MOFs), have been widely studied using both experimental and computational techniques. In this thesis, we use a combined quantum chemistry and classical simulations approach to predict macroscopic properties of MOFs. Specifically, we describe a systematic procedure for developing classical force fields that accurately represent hydrocarbon interactions with the MIL-series of MOFs using Density Functional Theory (DFT) calculations. We show that this force field development technique is easily extended for screening a large number of complex open metal site MOFs for various olefin/paraffin separations. Finally, we demonstrate the capability of DFT for predicting MOF topologies by studying the effect of ligand functionalization during CuBTC synthesis. This thesis highlights the versatility and opportunities of using multiscale modeling approach that combines process modeling, classical simulations and quantum chemistry calculations to study nanoporous materials for adsorptive separations.

3D Motion capture is a medium that plots motion, typically human motion, converting it into a form that can be represented digitally. It is a fast evolving field and recent inertial technology may provide new artistic possibilities for its use in live performance. Although not often used in this context, motion capture has a combination of attributes that can provide unique forms of collaboration with performance arts. The inertial motion capture suit used for this study has orientation sensors placed at strategic points on the body to map body motion. Its portability, real-time performance, ease of use, and its immunity from line-of-sight problems inherent in optical systems suggest it would work well as a live performance technology. Many animation techniques can be used in real-time. This research examines a broad cross-section of these techniques using four practice-led cases to assess the suitability of inertial motion capture to live performance. Although each case explores different visual possibilities, all make use of the performativity of the medium, using either an improvisational format or interactivity among stage, audience and screen that would be difficult to emulate any other way. A real-time environment is not capable of reproducing the depth and sophistication of animation people have come to expect through media. These environments take many hours to render. In time the combination of what can be produced in real-time and the tools available in a 3D environment will no doubt create their own tree of aesthetic directions in live performance. The case study looks at the potential of interactivity that this technology offers.

Thesis (doctoral)--Lund University, 1994. / Added t.p. with thesis statement inserted.

Thesis (doctoral)--Lund University, 1994. / Added t.p. with thesis statement inserted.

Cette thèse porte sur le développement de méthodes pour la reconstruction de formes 3D à l’aide de capteurs inertiels et magnétiques. Lorsqu’ils sont placés sur une forme, ces capteurs fournissent des orientations locales de surface mais leur position absolue dans l’espace 3D est inconnue. Les dispositifs que nous considérons dans cette thèse produisent des orientations locales de surface le long d’un réseau de courbes. Reconstruire des formes 3D à l’aide de telles données pose trois types de défis. Tout d’abord, les mesures des capteurs sont bruitées et incohérentes. Deuxièmement, comme les positions sont inconnues, le réseau de courbes acquis doit être reconstruit à partir des orientations. Enfin, une fois le réseau de courbes reconstruit, il est nécessaire de calculer une surface lisse interpolant ce réseau de courbes et les orientations associées. Pour relever ces défis, on formule les différentes étapes de reconstruction comme un ensemble de problèmes d’optimisation. En utilisant des représentations discrètes, ces problèmes sont résolus efficacement et interactivement.Nous présentons deux contributions principales. Tout d’abord, nous introduisons une méthode produisant un réseau de courbes lisses et cohérentes en utilisant les mesures d’orientation et de distance, ainsi qu'un ensemble de contraintes topologiques fournies par l’utilisateur. Notre méthode se base notamment sur une procédure de lissage des orientations motivée par un principe simple: les positions et les normales des courbes doivent coïncider en chaque intersection d'un réseau.Une fois le réseau de courbes reconstruit, nous proposons une méthode permettant de calculer une surface lisse interpolant ce réseau de courbes, ainsi que les orientations associées. Cette méthode a trois étapes. Tout d’abord grâce aux orientations, les cycles de courbes entourant les patchs surfaciques sont déterminés sans ambiguïté. Ensuite les orientations connues le long des courbes sont propagées à travers le maillage initial et utilisées pour estimer la courbure moyenne. Enfin le maillage final est calculé par une méthode basée sur le Laplacien et utilisant l’information de courbure. Les orientations connues sur le réseau de courbes permettent d’obtenir des maillages lisses et de diminuer les erreurs de reconstruction.Les approches précédentes utilisaient des dispositifs statiques placés le long d’un réseau de connectivité fixe entre les capteurs (ruban, grille). Nous explorons dans cette thèse une nouvelle configuration dynamique, consistant à déplacer un dispositif ponctuel sur la surface. En conséquence, il est possible d’acquérir des données le long d’un réseau arbitraire de courbes lisses sur une surface. Les méthodes proposées dans cette thèse ont été testées sur des données réelles acquises avec ces dispositifs mobiles. Des surfaces physiques fabriquées à partir de modèles numériques nous ont permis de faire une évaluation quantitative en calculant l’erreur de reconstruction entre la vraie surface et notre modèle reconstruit. Même pour des formes complexes, l’erreur moyenne reste autour de 1%. / This thesis presents a complete framework for 3D shape reconstruction using inertial and magnetic sensors. When placed onto a shape, these sensors provide local surface orientations along a curve network on the shape, but their absolute position in the world space is unknown. The challenges with this type of 3D acquisition are threefold. First, sensor measurements are noisy and inconsistent. Second, since positions are unknown, the acquired curve network has to be reconstructed from orientations. Finally, the smooth surface needs to be inferred from a collection of curves with normals. To compute the shape from measured data, our main insight is to formulate the reconstruction as a set of optimization problems. Using discrete representations, these optimization problems are resolved efficiently and at interactive time rates.We present two main contributions. First, we introduce a novel method for creating well-connected networks with cell-complex topology using only orientation and distance measurements and a set of user-defined constraints. By working directly with orientations, our method robustly resolves problems arising from data inconsistency and sensor noise. Our approach is driven by a simple principle mostly overlooked in previous works: at each intersection in a curve network, the positions and the normals of two intersecting curves have to coincide.Second, we address the problem of surfacing a closed 3D curve network with given surface normals. Thanks to the normal vector input, the patch-finding problem can be solved unambiguously and an initial piecewise smooth triangle mesh is computed. The input normals are propagated throughout the mesh. Together with the initial mesh, the propagated normals are used to estimate mean curvature vectors. We then compute the final mesh by combining the standard Laplacian-based variational methods with the curvature information extracted from the input normals. The normal input increases shape fidelity and allows to achieve globally smooth and visually pleasing shapes.Previous approaches used static devices placed along a network with fixed connectivity between the sensors (ribbon, grid). We explore a new dynamic setup, which used a single mobile node of sensors. As a consequence, a dense set of data can be acquired along an arbitrary smooth curve network on a surface.The proposed framework was tested on real-world data acquired using two devices equipped with mobile sensors. A quantitative evaluation was performed by computing the error of reconstruction for fabricated surfaces with known ground truth. Even for complex shapes, the mean error remains around 1%.

Cette thèse porte sur le traitement de données multi-capteurs liées à la locomotion humaine.Son objectif est de concevoir des outils pour la segmentation de la locomotion à partir d'un réseau de capteurs embarqués et appliquée à deux domaines différents: le sport avec l'ultra-marathon et la déficience causée par un symptome de la maladie de Parkinson. Pour ces deux applications, le travail peut atteindre cet objectif concerné. d'une part, les contraintes matérielles liées au réseau de capteurs, et d'autre part, les algorithmes de traitement des données. Dans un premier temps, nous avons recueilli des données multi-capteurs sur un coureur du Marathon des Sables. Le réseau des capteurs étant confronté à des conditions extrêmes, il a fallu s'adapter à des problèmes techniques avant de pouvoir proposer un outil pour segmenter et classer ces grandes quantités de données. Dans un second temps, nous avons travaillé en collaboration avec un médecin, pour comprendre au mieux le ''freezing" (symptôme perturbant la marche de certains malades atteints de la maladie de Parkinson) afin de proposer une nouvelle méthode de détection pour ce symptôme. / This thesis focuses on the treatment of multi-sensor related data locomotion humaine.Son goal is to develop tools for segmentation of locomotion from a network of embedded and applied to two different domains sensors : sport with ultra -marathon and disability caused by a symptom of Parkinson's disease . For both applications, the work can achieve this question. one hand , the physical constraints of the network sensors , and secondly , the data processing algorithms . At first , we collected multi-sensor data on a runner Marathon des Sables. The network of sensors being confronted with extreme conditions, it was necessary to adapt to technical before proposing a tool to segment and classify these large amounts of data problems. In a second step , we worked with a doctor, to understand better the '' freezing " (symptom disrupting the progress of some patients with Parkinson's disease ) to propose a new detection method for this symptom.

Adsorption in porous materials is a promising technology for CO2 capture and storage. Particularly important applications are adsorption separation of streams associated with the fossil fuel power plants operation, as well as natural gas sweetening. High surface area activated carbons are a promising family of materials for these applications, especially in the high pressure regimes. As the streams under consideration are generally multi-component mixtures, development and optimization of adsorption processes for their separation would substantially benefit from predictive simulation models. In this project we combine experimental data and molecular simulations to systematically develop a model for a high surface area carbon material, taking activated carbon Maxsorb MSC-30 as a reference. Our study starts from the application of the well-established slit pore model, and then evolves through the development of a more realistic model, based on a random packing of small graphitic fragments. In the construction of the model, we introduce a number of constraints, such as the value of the accessible surface area, concentration of the surface groups and pore volume, to bring the properties of the model structure close to the reference porous material. Once a plausible model is developed, its properties are further tuned through comparison between simulated and experimental results for carbon dioxide and methane. The model is then validated by predictions for the same species at different conditions and by prediction of other species involved in the carbon capture processes. The model is applied to simulate the separations involved in pre and post combustion capture processes and sweetening of sour natural gas, using realistic conditions and compositions for the multicomponent mixtures. Finally, it is used to explore the effect of water in pre and post combustion separations.

Hårdvara kan bli gammal, program kan sluta utvecklas, filer som skapats från sådan hårdvara respektive mjukvara kan bli oanvändbara med tiden. Samt att hålla ordning på många individuella filer kan i längden bli jobbigt för användare. Med en databasorienterad lagrinsgslösning kan olika API:er användas för att göra data kompatibel med flera olika verktyg och program, samt att det kan användas för att skapa en centraliserad lösning för att enkelt hålla ordning på information. Bland databaser finns det två primära grupperingar: SQL och NoSQL. Detta arbete ämnar undersöka vilken typ som passar för att hantera motion capture data. Tester har utförts på SQLs MySQL och NoSQLs Neo4j. Neo4j som är specialiserad för att hantera data som motion capture data. Resultatet från testningarna är förvånande nog att MySQL hanterar motion capture data bättre än Neo4j. Ytterligare arbeten för att undersöka fler varianter av databaser för en mer komplett bild föreslås.

La main est l’organe de préhension chez l’homme qui lui permet de manipuler des objets de tailles et de formes diverses et variées. Elle lui permet également d’effectuer des tâches, parfois d’une grande complexité, avec force ou avec une grande finesse. Il s’agit d’un outil d’une importance cruciale au quotidien, tant sur le plan domestique que sur le plan professionnel, et la perte de fonctionnalité de la main peut rapidement devenir un handicap pour certaines personnes. Bien qu’il existe encore peu d’études sur la capture et l’analyse des mouvements de la main dans la littérature scientifique, de nombreux domaines comme la médecine, l’ergonomie, le sport, la robotique, la réalité virtuelle ou les jeux vidéo s’y intéressent de plus en plus, afin de permettre aux personnes d’exploiter au mieux les fonctionnalités de la main tout en la préservant, ou de créer des interfaces homme-machine afin que celui-ci puisse interagir avec des robots ou en environnement virtuel. L’objectif de cette thèse a été de développer une méthode d’analyse cinématique in vivo et personnalisée afin de contribuer à une meilleure compréhension des mouvements de la main de l’homme. Une première partie du travail consiste à mettre en place un protocole de capture du mouvement de la main sur des sujets masculins et féminins de différentes tranches d’âges, allant de 20 à 50 ans. Les captures de mouvement ont été effectuées à l’aide d’un système optoélectronique et de 56 marqueurs passifs collés sur la peau de la main du sujet. Deux types de mouvements ont été capturés : les mouvements fonctionnels en flexion-extension et en abduction-adduction de la main, et les mouvements de prise d’objets cylindriques et sphériques. Les captures de mouvement sont ensuite labellisées afin d’identifier les différents marqueurs et de pouvoir en extraire les trajectoires. La deuxième partie du travail consiste à développer une méthode d’analyse cinématique des mouvements externes de la main à partir des trajectoires des marqueurs et de la valider à l’aide d’un modèle in silico. En plus d’estimer les paramètres cinématiques avec précision dans le cas où les trajectoires des marqueurs sont parfaites, l’évaluation des méthodes fonctionnelles montre que les mouvements de la main sont assimilables à des mouvements plans, circulaires ou sphériques en fonction de l’articulation étudiée. La construction des repères fonctionnels à partir des paramètres cinématiques pour chaque segment de la main permet ensuite de décrire les mouvements de rotation des articulations à l’aide des angles de Cardan. Les courbes des angles de Cardan obtenues à partir des trajectoires des marqueurs du modèle in silico permettent de valider la méthode de décomposition développée pour l’ensemble des articulations, à l’exception des articulations trapézo-métacarpienne (TMC) et métacarpo-phalangienne (MCP1) du pouce qui sont plus difficiles à analyser. La dernière partie de ce travail de thèse consiste à analyser les mouvements fonctionnels et les mouvements de prise d’objets à partir des captures expérimentales. Les courbes des angles de Cardan obtenues à partir des mouvements fonctionnels correspondent globalement à celles obtenues dans la littérature, sauf dans le cas de l’articulation TMC. De plus, ces courbes montrent que les rotations articulaires ne s’effectuent pas uniquement autour d’un axe, mais autour d’un axe de rotation dominant et d’un ou deux axes de rotation secondaires. Toutefois, les courbes des angles de Cardan des rotations autour des axes secondaires ne correspondent pas toujours à celles présentées dans la littérature. Bien que peu de mouvements de prise d’objets aient pu être analysés, certaines corrélations intéressantes ont pu être trouvées entre les postures de la main et la géométrie des objets manipulés, notamment au niveau des articulations MCP et IPD. / The human hand is a prehensile organ which allows people to handle objects with various sizes and shapes. It is wonderful tool that can be used to perform different simple or complex tasks with strength or great dexterity. It is also a crucial tool in the daily life, both at home and in the workspace, and loss of hand functionality may quickly become disabling for some people. There are few studies in the literature. However, motion capture and kinematic analysis of the hand is becoming more and more of an interest in different areas such as medicine, ergonomics, sport, robotics, virtual reality and video games. Results from these studies have improved knowledge about skills of the hand and how to preserve them. The studies have also improved interactions between people and computers in order to command robots or to progress in virtual reality. The aim of the thesis was to develop methods for an in vivo and subject-specific kinematic analysis in order to contribute to the improvement of knowledge about the human hand motion. A first part of this thesis was to develop a protocol for the motion capture of the hand for male and female subjects aged from 20 to 50 years old. The motion capture was performed using an optoelectronic system with passive markers glued on the skin of the hand. Two sorts of movements were captured. Firstly, functional movements like flexion-extension and abduction-adduction. Secondly, prehensile movements of cylindrical and spherical objects. Then, markers on the motion captures were identified in order to extract their trajectories. The second part of this thesis consisted in the development of a method for the kinematic analysis of external hand movements from the marker trajectories. Validation of this method was achieved using a model of the hand developed in silico. Since no noise was added to the marker trajectories in the silico model; kinematic parameters were estimated with precision. Moreover, assessment of the functional methods showed that the hand motions can be approximated by a plane, a circular arc or a spherical cap depending on the joint studied. After constructing the functional coordinate systems for each segment of the hand using the joint kinematic parameters, it was possible to decompose any joint rotation into three Cardan angles. This decomposition method was validated using the marker trajectories of the hand model, except for the trapeziometacarpal (TMC) and the metacarpophalangeal (MCP1) joints of the thumb which are more difficult to study. The last part of this thesis consisted in the analysis of the functional and the prehensile movements from the motion captures. The curves of the Cardan angles obtained from the functional movements are similar to those presented in the literature for all of the joints, except for the TMC joint. It was also noticed that the joint rotations do not occur around only one axis, but around one dominant axis and one or two secondary axes. However, some differences between the curves of the Cardan angles around the secondary axes obtained in this thesis and those presented in the literature were noticed for some joints. Despite only few prehensile grasps were analyzed, some interesting correlations were also found between the hand shape and the objects grasped, more particularly at the metacarpophalangeal (MCP) and the distal interphalangeal (DIP) joints.

Les polymères conducteurs organiques présentent des propriétés électriques qui offrent de nombreuses possibilités de materiaux, tels que les batteries, les diodes électroluminescentes, les dispositifs microélectroniques, les cellules photovoltaïques, les inhibiteurs de corrosion, les capteurs, etc. Parmi eux, la PANI et le PPS ont été largement étudiés en raison de leur stabilité ou propriétés électriques de protonation réglable ainsi que leur faible coût de production. Néanmoins, ces structures sont généralement représentées comme des structures linéaires et donc il y a un intérêt à obtenir des structures hémicyclique ou des analogues cycliques pour augmenter leur potentiel d'utilisation comme agents de séquestration de métaux et/ou de gaz, matériaux de détection ainsi que des nouveaux semi-conducteurs organiques cycliques qui présentent des propriétés différentes de leurs homologues linéaires. Avec la croissance démographique et l'industrialisation, la consommation d'énergie est en nette progression ce qui entraîne la libération de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère et perturbe l'équilibre en carbone de notre planète. Une option pour réduire la concentration de CO2 est l'utilisation de la capture du CO2 et de la technologie de stockage. Dans ce contexte, nous démontrons ici une stratégie basée sur une réaction de substitution nucléophile aromatique, pour la synthèse de hétéracalixarenes qui sont des précurseurs de calixarènes avec un hétéroatome sur le pont, leurs intermédiaires et les structures oligomèriques sont dérivés de ces hétéracalixarenes avec un sélectivité, des propriétés de capture et optoéletroniques optimisées pour un utilisation en capture de CO2. / Optoelectronic properties of π-conjugated chromophores have been widely used since the discovery in the late 70’s of the conducting properties of synthetic organic polymers. Indeed, due to their chemical structures organic conducting polymers exhibit electrical properties that provide useful materials such as batteries, light-emitting diodes, microelectronic devices, photovoltaic cells, corrosion inhibitors, sensors etc. Among them, polyaniline and polysulfide have been extensively studied for this purpose due to their environmental stability, oxidation or protonation-adjustable electrical properties and low cost production. Nevertheless, these structures are generally depicted as linear structures and there is an interest in achieving hemicyclic or cyclic analogues structures to extend their potential of use as metal-gas sequestering agents and/or sensing materials as well as new organic cyclic semiconductors exhibiting different properties from their linear counterparts. With population growth and increased industrialization in the world, energy consumption is increasing significantly resulting in the release of large amounts of carbon dioxide (CO2) into the atmosphere and disturbing the carbon balance of our planet. One way to reduce the CO2 concentration is the use of carbon capture and storage technology. In this context, we report here a very simple strategy, based on a nucleophilic aromatic substitution reaction, for the synthesis of heteracalixarenes, their intermediates and oligomeric structures derived from these heteracalixarenes with optimized optoelectronic properties, selectivity and capture properties for use in carbon capture.