During the last few decades, concerns about water shortages and pollution have increased. Consequently, environmental legislations and regulations for wastewater discharge have been issued. The objective of this work was to contribute in developing an efficient dsorbent for removing heavy metal ions from wastewater. The thesis focused on evaluating amine-modified SBA-15 as copper and other heavy metal ions adsorbent, by determining a variety of adsorptive properties with the aim of gaining a deep understanding of its behavior and to outline its advantages and limitations. The influence of synthesis conditions on the mesostructural stability of the resultant materials after different water treatments was systematically investigated. N2 adsorption results indicated that the material prepared via co-condensation and aged at 100 ºC was not stable and lost its ordered mesoporous structure after contacting water even at room temperature. Aging at 130 ºC and addition of inorganic salts resulted in materials that maintained their mesporous structure under different water treatments. The material synthesized in the presence of KCl was used as adsorbent for the rest of the thesis work. It was shown that the structural collapse observed in amine-modified SBA-15 prepared by conventional method when contacted with aqueous solutions is associated with the drying process, and not the treatment itself. This structural collapse was avoided by replacing water with more volatile liquids such as acetone, before drying. Amino-functionalized SBA-15 was tested for the removal of copper ions from aqueous solutions under different temperatures, pH, initial concentrations and agitation speeds. The obtained results indicated that the amino-functionalized SBA-15 was very efficient and equilibrium was achieved in less than 30 min at room temperature. The adsorption capacity increased dramatically with increasing temperature, initial copper concentration and pH. Under suitable conditions, the material exhibited high adsorption capacity even at very low copper concentration. To further investigate the effect of dsorption parameters, a 24 factorial design experiments were used to screen the factors affecting the copper removal efficiency. All the parameters main effects were significant within a 95 % confidence level. Surface composite design was used to develop a reliable model representing the adsorption process. The statistical tests used proved the adequacy of the second order model. Optimization of the factors levels was carried out and the recommended optimum conditions are: copper concentration of 20 mg/L, adsorbent/solution ratio of 1.57 g/L, pH of 6.5, and T = 294 K with 95% copper removal. The effect of regeneration conditions was investigated after three adsorption–desorption cycles, under different batchwise regeneration conditions. Using a composite surface design methodology, the effect of the regeneration conditions on the performance of the adsorbent was investigated. It was found that all the studied parameters have a statistically significant influence on the working dsorption capacity. With respect to structural properties and amine content, none of the factors was found to be significant. Regeneration using EDTA was found to be more efficient than acid treatment. Amino-functionalized SBA-15 was studied as potential absorbent for Cd2 +, Co2 +, Cu2 +, Zn2 +, Pb2 +, Ni2 +, Al3+ and Cr3 +. The adsorption capacity and selectivity of the material were investigated in single and multi-metal solutions. Using very dilute solutions, i.e., 10 ppm, more than 95% of cations were removed, except for Co2+ and Cr3 +, indicatingthe high sensitivity of the current adsorbent. The adsorption capacities in multi-metal solutions were lower than in single-metal ones because of competition between metallic elements for the amine groups. The adsorbent was not affected in the presence of sodium, potassium, and calcium, indicating that the ionic strength does not affect the adsorption properties. Application of this material to remove copper in tap water, river water, and electroplating wastewater was shown to be successful. Dynamic experiments were carried out on the adsorption of copper ions in a laboratory packed-bed of amine-modified SBA-15. Breakthrough curves were analyzed at different flowrates and after two adsorption-desorption cycles. Furthermore, a model based on mass balance was developed and tested for predicting the breakthrough curves under different experimental conditions used. The results suggested that the developed model was in good agreement with the experimental data. Bed regeneration was performed by circulating 0.2 M EDTA solution through the column for 30 min. Résumé Durant les quelques dernières décennies, les préoccupations concernant les pénuries d'eau et la pollution en général ont augmenté. Par conséquent, des législations et des réglementations environnementales pour les rejets d'eaux usées ont été introduites. L'objectif de ce travail était de contribuer au développement d'un adsorbant efficace pour éliminer les ions de métaux lourds des eaux usées. Cette thèse porte sur l'évaluation de SBA-15 modifiée avec des amines comme adsorbant pour le cuivre et d'autres ions de métaux lourds par la détermination d'une multitude de propriétés d'adsorption dans le but d'acquérir une profonde compréhension de son comportement et d’identifier ses avantages et ses limites. L'influence des conditions de synthèse sur la stabilité des matériaux mésoporeux obtenus après différents traitements a été étudié de façon systématique. Les résultats d'adsorption de N2 ont indiqué que le matériel préparé par co-condensation et vieilli à 100 °C n'était pas stable et a perdu sa structure mésoporeuse ordonnée après avoir été en contact avec l'eau même à température ambiante. Le vieillissement à 130 °C, avec ajout de sels inorganiques, a abouti à des matériaux qui ont maintenu leur structure mésoporeuse sous différents traitements en présence d'eau. Le matériau synthétisé en présence de KCl a été utilisé comme adsorbant pour le reste du travail de cette thèse. Il a été démontré que l'effondrement de la structure observé dans la SBA-15 modifiée aux amines, préparée par la méthode conventionnelle en contact avec des solutions aqueuses est associé avec le processus de séchage, et non le traitement lui-même. Cet effondrement de structure a été évité en remplaçant l'eau avec des liquides plus volatils tels que l'acétone, avant le séchage. La SBA-15 amino-fonctionnalisée a été testée pour l'élimination des ions de cuivre des solutions aqueuses à différentes températures, pH, concentrations initiales et vitesses d'agitation. Les résultats obtenus ont indiqué que la SBA-15 amino-fonctionnalisée était très efficace et l'équilibre a été atteint en moins de 30 min à température ambiante. La capacité d'adsorption a considérablement augmenté avec la température, la concentration initiale de cuivre et le pH. Sous des conditions appropriées, le matériau a manifesté une grande capacité d'adsorption, même à des concentrations très faibles en cuivre. Afin d’étudier l'effet des paramètres d'adsorption, un plan factoriel de 24 expériences a été utilisé pour dépister les facteurs affectant l'efficacité d'élimination du cuivre. Tous les effets principaux des paramètres étaient importants à 95% de niveau de confiance. La méthodologie de la surface composite a été utilisée pour développer un modèle fiable qui représente le processus d'adsorption. Les tests statistiques utilisés ont prouvé la pertinence du modèle de second ordre. L’optimisation des niveaux des facteurs a été effectuée et les conditions optimales recommandées sont: la concentration en cuivre de 20 mg/L, le rapport adsorbant/solution de 1.57 g/L, pH de 6.5 et T = 294 K pour l'élimination de 95% de cuivre. L'effet des conditions de régénération a été étudié après trois cycles d'adsorption-désorption, sous différentes conditions de régénération. En utilisant la méthodologie de la surface composite, l'effet des conditions de régénération sur la performance de l'adsorbant a été étudié. Il a été constaté que tous les paramètres étudiés ont une influence statistiquement significative sur la capacité de travail d'adsorption. En ce qui concerne les propriétés structurelles et la teneur en amine, aucun des facteurs n’a été jugé significatif. La régénération à l'aide d'EDTA a été jugée plus efficace que le traitement acide. La SBA-15 amino-fonctionnalisée a été étudiée comme absorbant potentiel de Cd2+, Co2+, Cu2+, Zn2+, Pb2+, Ni2+, Al3+ and Cr3+. La capacité d'adsorption et la sélectivité du matériau ont été étudiées dans des solutions mono- et multi-métalliques. En utilisant des solutions très diluées, soit 10 ppm, plus de 95% de cations ont été enlevés, sauf pour le Co2+ et Cr3+, indiquant la forte sensibilité de l'adsorbant. Les capacités d'adsorption dans les solutions multi-métalliques étaient inférieures à celles des solutions mono-métalliques en raison de la concurrence entre les éléments métalliques pour les groupes amine. L'adsorbant n'a pas été affecté par la présence de sodium, de potassium et de calcium, ce qui indique que la force ionique n'affecte pas les propriétés d'adsorption. L’usage avec succès de ce matériau pour éliminer le cuivre dans l'eau de robinet, l’eau de rivière et les eaux usées de galvanoplastie a été démontré. Des expériences dynamiques ont été réalisées sur l'adsorption des ions de cuivre par la SBA-15 amine-modifiée sur une colonne à lit fixe de laboratoire. Les courbes de perçage ont été analysées à des débits différents et après deux cycles d'adsorption-désorption. De plus, un modèle basé sur le bilan de matière a été développé et testé pour prédire les courbes de perçage sous les différentes conditions expérimentales utilisées. Les résultats suggèrent que le modèle développé est en bon accord avec les données expérimentales. La régénération du lit a été réalisée en faisant circuler une solution EDTA à 0.2 M à travers la colonne pendant 30 min.

During the last few decades, concerns about water shortages and pollution have increased. Consequently, environmental legislations and regulations for wastewater discharge have been issued. The objective of this work was to contribute in developing an efficient dsorbent for removing heavy metal ions from wastewater. The thesis focused on evaluating amine-modified SBA-15 as copper and other heavy metal ions adsorbent, by determining a variety of adsorptive properties with the aim of gaining a deep understanding of its behavior and to outline its advantages and limitations. The influence of synthesis conditions on the mesostructural stability of the resultant materials after different water treatments was systematically investigated. N2 adsorption results indicated that the material prepared via co-condensation and aged at 100 ºC was not stable and lost its ordered mesoporous structure after contacting water even at room temperature. Aging at 130 ºC and addition of inorganic salts resulted in materials that maintained their mesporous structure under different water treatments. The material synthesized in the presence of KCl was used as adsorbent for the rest of the thesis work. It was shown that the structural collapse observed in amine-modified SBA-15 prepared by conventional method when contacted with aqueous solutions is associated with the drying process, and not the treatment itself. This structural collapse was avoided by replacing water with more volatile liquids such as acetone, before drying. Amino-functionalized SBA-15 was tested for the removal of copper ions from aqueous solutions under different temperatures, pH, initial concentrations and agitation speeds. The obtained results indicated that the amino-functionalized SBA-15 was very efficient and equilibrium was achieved in less than 30 min at room temperature. The adsorption capacity increased dramatically with increasing temperature, initial copper concentration and pH. Under suitable conditions, the material exhibited high adsorption capacity even at very low copper concentration. To further investigate the effect of dsorption parameters, a 24 factorial design experiments were used to screen the factors affecting the copper removal efficiency. All the parameters main effects were significant within a 95 % confidence level. Surface composite design was used to develop a reliable model representing the adsorption process. The statistical tests used proved the adequacy of the second order model. Optimization of the factors levels was carried out and the recommended optimum conditions are: copper concentration of 20 mg/L, adsorbent/solution ratio of 1.57 g/L, pH of 6.5, and T = 294 K with 95% copper removal. The effect of regeneration conditions was investigated after three adsorption–desorption cycles, under different batchwise regeneration conditions. Using a composite surface design methodology, the effect of the regeneration conditions on the performance of the adsorbent was investigated. It was found that all the studied parameters have a statistically significant influence on the working dsorption capacity. With respect to structural properties and amine content, none of the factors was found to be significant. Regeneration using EDTA was found to be more efficient than acid treatment. Amino-functionalized SBA-15 was studied as potential absorbent for Cd2 +, Co2 +, Cu2 +, Zn2 +, Pb2 +, Ni2 +, Al3+ and Cr3 +. The adsorption capacity and selectivity of the material were investigated in single and multi-metal solutions. Using very dilute solutions, i.e., 10 ppm, more than 95% of cations were removed, except for Co2+ and Cr3 +, indicatingthe high sensitivity of the current adsorbent. The adsorption capacities in multi-metal solutions were lower than in single-metal ones because of competition between metallic elements for the amine groups. The adsorbent was not affected in the presence of sodium, potassium, and calcium, indicating that the ionic strength does not affect the adsorption properties. Application of this material to remove copper in tap water, river water, and electroplating wastewater was shown to be successful. Dynamic experiments were carried out on the adsorption of copper ions in a laboratory packed-bed of amine-modified SBA-15. Breakthrough curves were analyzed at different flowrates and after two adsorption-desorption cycles. Furthermore, a model based on mass balance was developed and tested for predicting the breakthrough curves under different experimental conditions used. The results suggested that the developed model was in good agreement with the experimental data. Bed regeneration was performed by circulating 0.2 M EDTA solution through the column for 30 min. Résumé Durant les quelques dernières décennies, les préoccupations concernant les pénuries d'eau et la pollution en général ont augmenté. Par conséquent, des législations et des réglementations environnementales pour les rejets d'eaux usées ont été introduites. L'objectif de ce travail était de contribuer au développement d'un adsorbant efficace pour éliminer les ions de métaux lourds des eaux usées. Cette thèse porte sur l'évaluation de SBA-15 modifiée avec des amines comme adsorbant pour le cuivre et d'autres ions de métaux lourds par la détermination d'une multitude de propriétés d'adsorption dans le but d'acquérir une profonde compréhension de son comportement et d’identifier ses avantages et ses limites. L'influence des conditions de synthèse sur la stabilité des matériaux mésoporeux obtenus après différents traitements a été étudié de façon systématique. Les résultats d'adsorption de N2 ont indiqué que le matériel préparé par co-condensation et vieilli à 100 °C n'était pas stable et a perdu sa structure mésoporeuse ordonnée après avoir été en contact avec l'eau même à température ambiante. Le vieillissement à 130 °C, avec ajout de sels inorganiques, a abouti à des matériaux qui ont maintenu leur structure mésoporeuse sous différents traitements en présence d'eau. Le matériau synthétisé en présence de KCl a été utilisé comme adsorbant pour le reste du travail de cette thèse. Il a été démontré que l'effondrement de la structure observé dans la SBA-15 modifiée aux amines, préparée par la méthode conventionnelle en contact avec des solutions aqueuses est associé avec le processus de séchage, et non le traitement lui-même. Cet effondrement de structure a été évité en remplaçant l'eau avec des liquides plus volatils tels que l'acétone, avant le séchage. La SBA-15 amino-fonctionnalisée a été testée pour l'élimination des ions de cuivre des solutions aqueuses à différentes températures, pH, concentrations initiales et vitesses d'agitation. Les résultats obtenus ont indiqué que la SBA-15 amino-fonctionnalisée était très efficace et l'équilibre a été atteint en moins de 30 min à température ambiante. La capacité d'adsorption a considérablement augmenté avec la température, la concentration initiale de cuivre et le pH. Sous des conditions appropriées, le matériau a manifesté une grande capacité d'adsorption, même à des concentrations très faibles en cuivre. Afin d’étudier l'effet des paramètres d'adsorption, un plan factoriel de 24 expériences a été utilisé pour dépister les facteurs affectant l'efficacité d'élimination du cuivre. Tous les effets principaux des paramètres étaient importants à 95% de niveau de confiance. La méthodologie de la surface composite a été utilisée pour développer un modèle fiable qui représente le processus d'adsorption. Les tests statistiques utilisés ont prouvé la pertinence du modèle de second ordre. L’optimisation des niveaux des facteurs a été effectuée et les conditions optimales recommandées sont: la concentration en cuivre de 20 mg/L, le rapport adsorbant/solution de 1.57 g/L, pH de 6.5 et T = 294 K pour l'élimination de 95% de cuivre. L'effet des conditions de régénération a été étudié après trois cycles d'adsorption-désorption, sous différentes conditions de régénération. En utilisant la méthodologie de la surface composite, l'effet des conditions de régénération sur la performance de l'adsorbant a été étudié. Il a été constaté que tous les paramètres étudiés ont une influence statistiquement significative sur la capacité de travail d'adsorption. En ce qui concerne les propriétés structurelles et la teneur en amine, aucun des facteurs n’a été jugé significatif. La régénération à l'aide d'EDTA a été jugée plus efficace que le traitement acide. La SBA-15 amino-fonctionnalisée a été étudiée comme absorbant potentiel de Cd2+, Co2+, Cu2+, Zn2+, Pb2+, Ni2+, Al3+ and Cr3+. La capacité d'adsorption et la sélectivité du matériau ont été étudiées dans des solutions mono- et multi-métalliques. En utilisant des solutions très diluées, soit 10 ppm, plus de 95% de cations ont été enlevés, sauf pour le Co2+ et Cr3+, indiquant la forte sensibilité de l'adsorbant. Les capacités d'adsorption dans les solutions multi-métalliques étaient inférieures à celles des solutions mono-métalliques en raison de la concurrence entre les éléments métalliques pour les groupes amine. L'adsorbant n'a pas été affecté par la présence de sodium, de potassium et de calcium, ce qui indique que la force ionique n'affecte pas les propriétés d'adsorption. L’usage avec succès de ce matériau pour éliminer le cuivre dans l'eau de robinet, l’eau de rivière et les eaux usées de galvanoplastie a été démontré. Des expériences dynamiques ont été réalisées sur l'adsorption des ions de cuivre par la SBA-15 amine-modifiée sur une colonne à lit fixe de laboratoire. Les courbes de perçage ont été analysées à des débits différents et après deux cycles d'adsorption-désorption. De plus, un modèle basé sur le bilan de matière a été développé et testé pour prédire les courbes de perçage sous les différentes conditions expérimentales utilisées. Les résultats suggèrent que le modèle développé est en bon accord avec les données expérimentales. La régénération du lit a été réalisée en faisant circuler une solution EDTA à 0.2 M à travers la colonne pendant 30 min.

This is a study that is focused on developing an individual design methodology for a centrifugal impeller and generating a mixed flow impeller for a small turbojet engine by using this methodology. The structure of the methodology is based on the design, modeling and the optimization processes, which are operated sequentially. The design process consists of engine design and compressor design codes operated together with a commercial design code. Design of Experiment methods and an in-house Neural Network code is used for the modeling phase. The optimization is based on an in-house code which is generated based on multidirectional search algorithm. The optimization problem is constructed by using the inhouse parametric design codes of the engine and the compressor. The goal of the optimization problem is to reach an optimum design which gives the best possible combination of the thrust and the fuel consumption for a small turbojet engine. The final combination of the design parameters obtained from the optimization study are used in order to generate the final design with the commercial design code. On the last part of the thesis a comparison of the final design and a standard radial flow impeller is made in order to clarify the benefit of the study. The results have been showed that a mixed flow compressor design is superior to a standard radial flow compressor in a small turbojet application.

Everything around us that is not a simple untouched piece of nature has been designed by someone. Human society has found a great refuge in these designed objects or the artefacts, and thus has adapted vociferously to their inclusion into everyday life. From the early conception as art and then lately as scientific activity, now during the last few decades, designing has been understood as a fundamental aspect of human life. This understanding has become a motivating force in the last four decades for design research community. Remarkable theories, methods, models and approaches for designing have been propounded during this period by various active design researchers. Yet a comprehensive design theory remains largely an elusive dream, and usage of proposed methods in practice unimpressive. The dominant paradigms in design theory, though rich in description seem to lack interconnection. The thesis explores and questions the very foundations on which design theories have been built. Theoretical contemplation over designing is sought through asking why question, which brings in context to the forefront. Thus understanding context in designing is the central theme to this dissertation. Incidentally it is the context that holds key to the enhanced usage of design methods in practice. The thesis presents a basis to thaw the development of design theory, and provides a pragmatic approach to augment usage of design methods in practice. These objectives have been achieved through the approach outlined below. • An extensive discussion on the notion of context is presented, underpinned by the detailed survey of definitions and world views held in by various domains of studies in regard to context. The salient characteristics of context identified through this discussion have been used to articulate a concise definition of context. • A comprehensive dialogue, supplemented by the literature in design, incorporating dyv of design, designing, artifacts, and context has been put forth. The theoretical insight obtained has been abstracted into an elemental model of context in designing, that is then elaborated at length. • Definitions of context in designing, context of designing, and that of designing in context have been formulated, using the definition of context and the elemental model of context in designing. • The empirical validation of the proposed model of context in designing has been carried out, which runs across six design projects, accounts for academic; controlled; and industrial environment, as well as focuses on both individual and team designing. Four methods for data collection and analysis - Questionnaire survey, design protocol analysis study, replication protocol analysis, and participant observation study were employed in this exercise. • A detailed prescriptive study for development of aid to designers; in selection process of design methods has been carried out. Based on the issues identified in the literature and survey with designers, a measure to assess contextual usability of design methods (MACUM) was formulated. A web-based software tool based on MACUM has been developed for supporting design method selection process. The thesis concludes that the dominating paradigms in design theory only represent the partial perspective of designing. It is argued that, the proposed model of context in designing provides a sound basis to coherently redress the disjunctions between paradigms of design and progress towards a holistic design theory. And further on the practical end, the thesis underlines the contribution of MACUM towards sustained usage of design methods in practice.

<p>Denna avhandling har sin grund i mina erfarenheter av att arbete med människor som har funktionsnedsättningar. Vanligtvis är denna grupp den sista en producent ser som sina kunder. Det är ganska vanligt att producenter gör olika produkter(produkter och tjänster) för personer med funktionsnedsättningar och en för andra. Om man istället, i designarbetet utgår från synsättet att de flesta personer vid någon tidpunkt och/eller plats har funktionssvårigheter så blir den potentiella kundgruppen större för produkten.</p><p>Ursprunget för avhandlingen är ett projekt, vilket drevs av PTS (Post och Telestyrelsen), med syfte att identifiera vilka typer av stöd eller anpassningar personer med intellektuella funktionsnedsättningar har för att använda bredbandsbaserade tjänster. Resultatet i projektet pekade ut ett antal svårighetsområden där flertalet av dessa svårighetsområden inte var unika för denna grupp.</p><p>Utifrån resultat i ovanstående projekt togs det fram en test-, utvärderings- och designmodell (TED-modellen) där ett av stegen använde en ”indikatorgrupp”. Syftet med modellen är att identifiera och ge underlag för att prioritera vilka svårighetsområden det fortsatta designarbetet skall fokuseras på. Indikatorgruppen består av individer med funktionssvårigheter som är relevanta i sammanhanget. Modellen tar vara på möjligheterna i ”design för alla” för att göra att göra bättre produkter för människorna.</p><p>De empiriska studierna i denna uppsats är gjorda inom två områden. Den första är i ett designsammanhang, där fem olika hemsidor skulle tas fram och den andra är runt en studie av tre olika affärsarbetsplatser, där kassafunktionen var i fokus för studien.</p><p>Resultatet i denna uppsats pekar ut en möjlig inriktning för en designmetodologi, vars målsättning är att få fram bättre produkter för en större grupp. Utgångspunkten är att använda människors olikheter som en möjlighet och inte som ett problem.</p><p>Individer med funktionella svårigheter är en resurs för att finna nya innovationer vilket jag har benämnt ”the Lead of Need”. Med detta menar jag att individer med funktionella svårigheter, som har ett behov, en ide för en lösning, men inte har möjlighet att förverkliga denna. Om vi kan organisera en mötesplats för individer med ”the Lead of Need”, designers och utvecklare så har vi skapat ett ”Living lab” för nya innovationer.</p> / <p>This thesis has its roots in my experiences of working with people who have some forms of disability. Usually this group is the last group producers consider as their customers. It is quite common that producers make different products (and services) for individuals with disabilities and for others. If one instead takes the position, in the design work, that most people have some functional difficulties at some point in time or in place, then the potential customer group becomes larger for the product in question.</p><p>The origin of this thesis is a project run by the Swedish Post and Telecom Agency (PTS), aiming to identify what kind of support or adaptation people with intellectual disabilities needs when using broadband based services. The result of the project pointed out areas of difficulties. Most areas of difficulties were not unique for this group.</p><p>From the result of the PTS-project, a design and evaluation model (TED-model) was built, where one of the steps involved the use of an “indicator group”. The aim for this step is to identify and give basis for prioritizing areas of difficulty that the continued design work should focus on. The indicator group consists of individuals with functional difficulties relevant in a specified context. This method uses the possibilities of “design for all” as facilitator to design better products for more people.</p><p>The empirical studies in this thesis were carried out within two areas. The first study was made in a design project, where five different web sites were to be designed, and the second one dealt with three different business workplaces in which the cashier workplaces was in focus.</p><p>The results of this thesis point out a possible direction of a design methodology, whose objective is to create better products for larger group of people. The starting point is to use people's differences as a possibility for design, and not a problem.</p><p>Individuals with functional difficulties constitute a resource for finding new innovations, which I have termed “the Lead of Need”. With this I mean individuals with functional difficulties, who have a need, an idea for a solution, but not the possibility to make it happen. If we can organise a meeting ground for individuals with “the Lead of Need”, designers, and developers, we will have created a “living lab” for new innovations.</p>

Robots have growing potential to enter the daily lives of people at home, at work, and in cities, for a variety of service, care, and entertainment tasks. However, several challenges currently prevent widespread production and use of such human-centered robots. The goal of this thesis was first to help overcome one of these broad challenges: the lack of basic safety in human-robot physical interactions. Whole-body compliant control algorithms had been previously simulated that could allow safer movement of complex robots, such as humanoids, but no such robots had yet been documented to actually implement these algorithms. Therefore a wheeled humanoid robot "Dreamer" was developed to implement the algorithms and explore additional concepts in human-safe robotics. The lower mobile base part of Dreamer, dubbed "Trikey," is the focus of this work. Trikey was iteratively developed, undergoing cycles of concept generation, design, modeling, fabrication, integration, testing, and refinement. Test results showed that Trikey and Dreamer safely performed movements under whole-body compliant control, which is a novel achievement. Dreamer will be a platform for future research and education in new human-friendly traits and behaviors. Finally, this thesis attempts to address a second broad challenge to advancing the field: the lack of standard design methodology for human-centered robots. Based on the experience of building Trikey and Dreamer, a set of consistent design guidelines and metrics for the field are suggested. They account for the complex nature of such systems, which must address safety, performance, user-friendliness, and the capability for intelligent behavior. / text

This thesis investigates the potential for Knowledge Building in large size Pharmacy classrooms. Knowledge Building is the social creation and continual improvement of ideas (Scardamalia & Bereiter, 2003). The pedagogy and technology that underlie it are based on a complex system involving 12 interdependent principles. This research examines principle-based classroom designs, targeting two Knowledge Building principles--epistemic agency and collective responsibility for community knowledge. Successive design changes were implemented to a self-care course for undergraduate Pharmacy students (n = 182), using case study methodology. The goal underlying design changes was to develop a more dynamic classroom environment involving all students and empowering them to take charge of knowledge advancement at high cognitive levels, through assuming greater agency and collective responsibility for their knowledge advances. Design features that were incorporated into class procedures included class panels to discuss cases, student-generated self-assessment examination questions, and online discussion views in a virtual learning community, Knowledge Forum. Surveys, student comments, self-assessments, field notes, online discourse and course exam scores were used to determine effects of principle-based design changes. Results, taken as a whole, indicate that each new design feature contributed to advances with no negative effects uncovered. Raters blind to authorship of student- versus instructor-generated exam questions could not distinguish between them. Analysis of student commentary indicated advances in line with the broad network of Knowledge Building principles, as well as those specifically targeted in design improvements. Advances in performance on exams, surveys, and in student discourse further contributed to the overall picture of positive effects. Design strategies appropriate for large classroom implementation are shown to facilitate a shift from learning as an exclusively individual enterprise, to the creation of a Knowledge Building Community with students assuming levels of responsibility and agency normally assumed by the teacher.

This thesis investigates the potential for Knowledge Building in large size Pharmacy classrooms. Knowledge Building is the social creation and continual improvement of ideas (Scardamalia & Bereiter, 2003). The pedagogy and technology that underlie it are based on a complex system involving 12 interdependent principles. This research examines principle-based classroom designs, targeting two Knowledge Building principles--epistemic agency and collective responsibility for community knowledge. Successive design changes were implemented to a self-care course for undergraduate Pharmacy students (n = 182), using case study methodology. The goal underlying design changes was to develop a more dynamic classroom environment involving all students and empowering them to take charge of knowledge advancement at high cognitive levels, through assuming greater agency and collective responsibility for their knowledge advances. Design features that were incorporated into class procedures included class panels to discuss cases, student-generated self-assessment examination questions, and online discussion views in a virtual learning community, Knowledge Forum. Surveys, student comments, self-assessments, field notes, online discourse and course exam scores were used to determine effects of principle-based design changes. Results, taken as a whole, indicate that each new design feature contributed to advances with no negative effects uncovered. Raters blind to authorship of student- versus instructor-generated exam questions could not distinguish between them. Analysis of student commentary indicated advances in line with the broad network of Knowledge Building principles, as well as those specifically targeted in design improvements. Advances in performance on exams, surveys, and in student discourse further contributed to the overall picture of positive effects. Design strategies appropriate for large classroom implementation are shown to facilitate a shift from learning as an exclusively individual enterprise, to the creation of a Knowledge Building Community with students assuming levels of responsibility and agency normally assumed by the teacher.

During the last few decades, concerns about water shortages and pollution have increased. Consequently, environmental legislations and regulations for wastewater discharge have been issued. The objective of this work was to contribute in developing an efficient dsorbent for removing heavy metal ions from wastewater. The thesis focused on evaluating amine-modified SBA-15 as copper and other heavy metal ions adsorbent, by determining a variety of adsorptive properties with the aim of gaining a deep understanding of its behavior and to outline its advantages and limitations. The influence of synthesis conditions on the mesostructural stability of the resultant materials after different water treatments was systematically investigated. N2 adsorption results indicated that the material prepared via co-condensation and aged at 100 ºC was not stable and lost its ordered mesoporous structure after contacting water even at room temperature. Aging at 130 ºC and addition of inorganic salts resulted in materials that maintained their mesporous structure under different water treatments. The material synthesized in the presence of KCl was used as adsorbent for the rest of the thesis work. It was shown that the structural collapse observed in amine-modified SBA-15 prepared by conventional method when contacted with aqueous solutions is associated with the drying process, and not the treatment itself. This structural collapse was avoided by replacing water with more volatile liquids such as acetone, before drying. Amino-functionalized SBA-15 was tested for the removal of copper ions from aqueous solutions under different temperatures, pH, initial concentrations and agitation speeds. The obtained results indicated that the amino-functionalized SBA-15 was very efficient and equilibrium was achieved in less than 30 min at room temperature. The adsorption capacity increased dramatically with increasing temperature, initial copper concentration and pH. Under suitable conditions, the material exhibited high adsorption capacity even at very low copper concentration. To further investigate the effect of dsorption parameters, a 24 factorial design experiments were used to screen the factors affecting the copper removal efficiency. All the parameters main effects were significant within a 95 % confidence level. Surface composite design was used to develop a reliable model representing the adsorption process. The statistical tests used proved the adequacy of the second order model. Optimization of the factors levels was carried out and the recommended optimum conditions are: copper concentration of 20 mg/L, adsorbent/solution ratio of 1.57 g/L, pH of 6.5, and T = 294 K with 95% copper removal. The effect of regeneration conditions was investigated after three adsorption–desorption cycles, under different batchwise regeneration conditions. Using a composite surface design methodology, the effect of the regeneration conditions on the performance of the adsorbent was investigated. It was found that all the studied parameters have a statistically significant influence on the working dsorption capacity. With respect to structural properties and amine content, none of the factors was found to be significant. Regeneration using EDTA was found to be more efficient than acid treatment. Amino-functionalized SBA-15 was studied as potential absorbent for Cd2 +, Co2 +, Cu2 +, Zn2 +, Pb2 +, Ni2 +, Al3+ and Cr3 +. The adsorption capacity and selectivity of the material were investigated in single and multi-metal solutions. Using very dilute solutions, i.e., 10 ppm, more than 95% of cations were removed, except for Co2+ and Cr3 +, indicatingthe high sensitivity of the current adsorbent. The adsorption capacities in multi-metal solutions were lower than in single-metal ones because of competition between metallic elements for the amine groups. The adsorbent was not affected in the presence of sodium, potassium, and calcium, indicating that the ionic strength does not affect the adsorption properties. Application of this material to remove copper in tap water, river water, and electroplating wastewater was shown to be successful. Dynamic experiments were carried out on the adsorption of copper ions in a laboratory packed-bed of amine-modified SBA-15. Breakthrough curves were analyzed at different flowrates and after two adsorption-desorption cycles. Furthermore, a model based on mass balance was developed and tested for predicting the breakthrough curves under different experimental conditions used. The results suggested that the developed model was in good agreement with the experimental data. Bed regeneration was performed by circulating 0.2 M EDTA solution through the column for 30 min. Résumé Durant les quelques dernières décennies, les préoccupations concernant les pénuries d'eau et la pollution en général ont augmenté. Par conséquent, des législations et des réglementations environnementales pour les rejets d'eaux usées ont été introduites. L'objectif de ce travail était de contribuer au développement d'un adsorbant efficace pour éliminer les ions de métaux lourds des eaux usées. Cette thèse porte sur l'évaluation de SBA-15 modifiée avec des amines comme adsorbant pour le cuivre et d'autres ions de métaux lourds par la détermination d'une multitude de propriétés d'adsorption dans le but d'acquérir une profonde compréhension de son comportement et d’identifier ses avantages et ses limites. L'influence des conditions de synthèse sur la stabilité des matériaux mésoporeux obtenus après différents traitements a été étudié de façon systématique. Les résultats d'adsorption de N2 ont indiqué que le matériel préparé par co-condensation et vieilli à 100 °C n'était pas stable et a perdu sa structure mésoporeuse ordonnée après avoir été en contact avec l'eau même à température ambiante. Le vieillissement à 130 °C, avec ajout de sels inorganiques, a abouti à des matériaux qui ont maintenu leur structure mésoporeuse sous différents traitements en présence d'eau. Le matériau synthétisé en présence de KCl a été utilisé comme adsorbant pour le reste du travail de cette thèse. Il a été démontré que l'effondrement de la structure observé dans la SBA-15 modifiée aux amines, préparée par la méthode conventionnelle en contact avec des solutions aqueuses est associé avec le processus de séchage, et non le traitement lui-même. Cet effondrement de structure a été évité en remplaçant l'eau avec des liquides plus volatils tels que l'acétone, avant le séchage. La SBA-15 amino-fonctionnalisée a été testée pour l'élimination des ions de cuivre des solutions aqueuses à différentes températures, pH, concentrations initiales et vitesses d'agitation. Les résultats obtenus ont indiqué que la SBA-15 amino-fonctionnalisée était très efficace et l'équilibre a été atteint en moins de 30 min à température ambiante. La capacité d'adsorption a considérablement augmenté avec la température, la concentration initiale de cuivre et le pH. Sous des conditions appropriées, le matériau a manifesté une grande capacité d'adsorption, même à des concentrations très faibles en cuivre. Afin d’étudier l'effet des paramètres d'adsorption, un plan factoriel de 24 expériences a été utilisé pour dépister les facteurs affectant l'efficacité d'élimination du cuivre. Tous les effets principaux des paramètres étaient importants à 95% de niveau de confiance. La méthodologie de la surface composite a été utilisée pour développer un modèle fiable qui représente le processus d'adsorption. Les tests statistiques utilisés ont prouvé la pertinence du modèle de second ordre. L’optimisation des niveaux des facteurs a été effectuée et les conditions optimales recommandées sont: la concentration en cuivre de 20 mg/L, le rapport adsorbant/solution de 1.57 g/L, pH de 6.5 et T = 294 K pour l'élimination de 95% de cuivre. L'effet des conditions de régénération a été étudié après trois cycles d'adsorption-désorption, sous différentes conditions de régénération. En utilisant la méthodologie de la surface composite, l'effet des conditions de régénération sur la performance de l'adsorbant a été étudié. Il a été constaté que tous les paramètres étudiés ont une influence statistiquement significative sur la capacité de travail d'adsorption. En ce qui concerne les propriétés structurelles et la teneur en amine, aucun des facteurs n’a été jugé significatif. La régénération à l'aide d'EDTA a été jugée plus efficace que le traitement acide. La SBA-15 amino-fonctionnalisée a été étudiée comme absorbant potentiel de Cd2+, Co2+, Cu2+, Zn2+, Pb2+, Ni2+, Al3+ and Cr3+. La capacité d'adsorption et la sélectivité du matériau ont été étudiées dans des solutions mono- et multi-métalliques. En utilisant des solutions très diluées, soit 10 ppm, plus de 95% de cations ont été enlevés, sauf pour le Co2+ et Cr3+, indiquant la forte sensibilité de l'adsorbant. Les capacités d'adsorption dans les solutions multi-métalliques étaient inférieures à celles des solutions mono-métalliques en raison de la concurrence entre les éléments métalliques pour les groupes amine. L'adsorbant n'a pas été affecté par la présence de sodium, de potassium et de calcium, ce qui indique que la force ionique n'affecte pas les propriétés d'adsorption. L’usage avec succès de ce matériau pour éliminer le cuivre dans l'eau de robinet, l’eau de rivière et les eaux usées de galvanoplastie a été démontré. Des expériences dynamiques ont été réalisées sur l'adsorption des ions de cuivre par la SBA-15 amine-modifiée sur une colonne à lit fixe de laboratoire. Les courbes de perçage ont été analysées à des débits différents et après deux cycles d'adsorption-désorption. De plus, un modèle basé sur le bilan de matière a été développé et testé pour prédire les courbes de perçage sous les différentes conditions expérimentales utilisées. Les résultats suggèrent que le modèle développé est en bon accord avec les données expérimentales. La régénération du lit a été réalisée en faisant circuler une solution EDTA à 0.2 M à travers la colonne pendant 30 min.

The primary research objective was to develop a methodology to support conceptual design of the Hybrid Wing Body (HWB) configuration. The absence of a horizontal tail imposes new stability and control requirements on the planform, and therefore requiring greater emphasis on control authority assessment than is typical for conceptual design. This required investigations into three primary areas of research. The first was to develop a method for designing an appropriate amount of redundancy. This was motivated widely varying numbers of trailing edge elevons in the HWB literature, and inadequate explanations for these early design decisions. The method identifies stakeholders, metrics of interest, and synthesizes these metrics using the Breguet range equation for system level comparison of control surface layouts. The second area of research was the development trim analysis methods that could accommodate redundant control surfaces, for which conventional methods performed poorly. A new measure of control authority was developed for vehicles with redundant controls. This is accomplished using concepts from the control allocation literature such as the attainable moment subset and the direct allocation method. The result is a continuous measure of remaining control authority suitable for use during HWB sizing and optimization. The final research area integrated performance and control authority to create a HWB sizing environment, and investigations into how to use it for design space exploration and vehicle optimization complete the methodology. The Monte Carlo Simulation method is used to map the design space, identify good designs for optimization, and to develop design heuristics. Finally, HWB optimization experiments were performed to discover best practices for conceptual design.