Publikationer från KTH
Not a member yet
57933 research outputs found
Sort by
Att lära sig optimala CNN-arkitekturer för nedskalning av nederbörd med differentierbar arkitektursökning
No full textClimate change poses a significant threat to both ecosystems and human societies, in part due to an expected increase in \gls{epe}. Accurately predicting where such events will occur more frequently is essential to minimize societal and economic impacts. While \gls{gcm} offer reliable long‑term forecasts at coarse temporal scales, their spatial resolution is too low to resolve localized extremes. \gls{cnn} with upsampling layers can be used to perform statistical downscaling from \gls{gcm} output to finer spatial resolutions, yet their architectures are typically designed manually. One such manually constructed \gls{cnn} was developed by the \gls{smhi} as part of the AI4PEX\footnote{\url{https://ai4pex.org/}} project. This thesis introduces a modular and automated framework based on \gls{darts} to discover high‑performing \gls{cnn}s for statistical downscaling of precipitation. The search space was deliberately kept close to that of the proven baseline model to ensure fair comparability, while still exploring a range of cell and node combinations. Results show that every sufficiently complex configuration outperforms the baseline in validation loss, Matthews correlation coefficient, and diagnostic odds ratio. The best architectures also generalize well to a future climate scenario (SSP370), demonstrating robustness beyond the training distribution. This work highlights that automated, modular architecture design can reliably produce competitive CNNs, reducing reliance on manual engineering and lowering the barrier for applying deep learning in climate services.Klimatförändringar utgör ett betydande hot mot både ekosystem och mänskliga samhällen, delvis på grund av en förväntad ökning av extrema nederbördstillfällen (\gls{epe}). Att kunna förutsäga var sådana händelser oftare kommer att inträffa är avgörande för att minska samhälleliga och ekonomiska konsekvenser. Även om \gls{gcm} ger tillförlitliga långsiktiga prognoser på grova tidsliga skalor, är deras rumsliga upplösning för låg för att kunna fånga lokala extremvärden. \gls{cnn} med uppskalningslager kan användas för att genomföra statistisk nedskalning från \gls{gcm}-utdata till finare rumsliga upplösningar, men deras arkitekturer är oftast manuellt utformade. En sådan manuellt konstruerad \gls{cnn} utvecklades av \gls{smhi} inom ramen för AI4PEX‑projektet\footnotemark[\value{footnote}]. Denna avhandling introducerar ett modulärt och helt automatiserat ramverk baserat på differentiell arkitektursökning (\gls{darts}) för att hitta högpresterande \gls{cnn}-modeller för statistisk nedskalning av nederbörd. Sökutrymmet hölls medvetet nära den beprövade baslinjemodellen för att möjliggöra rättvis jämförelse, samtidigt som olika kombinationer av celler och noder utforskades. Resultaten visar att varje tillräckligt komplex konfiguration – utan någon handgjord design och med minimal klimatspecifik kunskap – överträffar baslinjen vad gäller valideringsförlust, Matthews korrelationskoefficient och diagnostiskt odds‑förhållande. De bästa arkitekturerna generaliserar dessutom väl till ett framtida klimatscenario (SSP370), vilket visar på robusthet utanför träningsfördelningen. Detta arbete visar att automatiserad, modulär arkitekturdesign på ett tillförlitligt sätt kan ta fram konkurrenskraftiga \gls{cnn}-modeller, minska beroendet av manuell ingenjörskonst och sänka tröskeln för att tillämpa djupinlärning inom klimattjänster
Design av interaktiva visualiseringar för fotbollsstatistik : Användarcentrerad design för ökat engagemang i second screen-applikationer
No full textThe growing availability of football data offers new opportunities to enhance how fans engage with and understand the game. However, many current applications either present data too complex for casual users or too limited for advanced audiences. This thesis investigates how interactive visualizations of football data can support fan engagement and in-game understanding in second screen contexts. An interactive mobile prototype was developed using Figma. It featured spatial visualizations such as heatmaps and passing networks, as well as value-based statistics such as expected goals, with a focus on interactivity and customization. Three rounds of testing were conducted with football fans and UX professionals: usability testing, contextual inquiry during live match viewing, and evaluation of the visualizations. Results show that spatial and value-based visualizations enhance in-game understanding and engagement, particularly when updated in real time. The study also underscores the importance of contextualizing statistics and allowing user customization. These findings offer practical design insights for future sports applications and second screen experiences.Digitala verktyg och en ökad tillgång till avancerad fotbollsdata skapar nya möjligheter att stärka fansens engagemang och förståelse för spelet. Många av dagens applikationer presenterar däremot data på ett sätt som upplevs som alltför komplex för ovana användare eller otillräcklig av mer kunniga användare. Denna studie undersöker hur fotbollsdata bäst kan visualiseras i en second screen-applikation för att öka användarengagemang och spelförståelse. En interaktiv mobilprototyp utvecklades i designverktyget Figma, och genom denna testades och utforskades visualiseringar såsom heatmaps och passningsnätverk. Detta gjordes genom tre testrundor med fotbollfans och UX-experter: användbarhetstester, kontextuell utvärdering under direktsända matcher, samt utvärdering av visualiseringar. Resultaten visar att både spatiala och värdebaserade visualiseringar kan stärka spelförståelse och engagemang, särskilt när de uppdateras i realtid. Studien understryker även vikten av att visa statistiken i rätt kontext, samt göra den anpassningsbar för användaren. Dessa resultat ger praktiska designinsikter för framtida sportapplikationer och second screen-upplevelser
Multi-Objective Optimization of Green Hydrogen Production and Ancillary Service Participation : An SE3 case study balancing project NPV and emissions while qualifying for Nordic capacity-market services
No full textGreen hydrogen will be central to deep decarbonization, but project-level choices on electrolyzer technology, storage, power sourcing, and market participation are highly path-dependent. This thesis develops a multi-objective optimization tool that co-optimizes technology choice and sizing (PEM vs. alkaline, with/without BESS and H₂ storage) and hourly dispatch under EU RFNBO compliance (hourly matching, emissions threshold) while enforcing Nordic ancillary-service rules (bid sizes, activation times). The framework integrates degradation-aware operations (stack SoH, replacement downtime), PPA + grid sourcing with provenance tracking for “green” hydrogen, and reserve-market headroom coupling (aFRR/mFRR/FCR). A hybrid solution method combines deterministic feasibility (LP/MILP) with NSGA-II to surface Pareto fronts across NPV (including ancillary revenues), emissions, and degradation.A Swedish SE3 case study demonstrates how BESS smooths ramps, enables reserve participation, and reduces degradation, while H₂ storage increases temporal decoupling and compliance headroom. Results highlight actionable trade-offs: configurations that minimize emissions often require larger storage or stricter dispatch, whereas profit-maximizing strategies reserve capacity for reserves and accept modest efficiency or lifetime penalties. The tool reveals implementable operating points under policy and market constraints and provides an auditable basis for design selections and sensitivity testing.Grönt väte blir avgörande för djup dekarbonisering, men val av elektrolysteknik, lagring, elförsörjning och marknadsdeltagande påverkar projektens resultat kraftigt. I detta examensarbete utvecklas ett multi-objektivt optimeringsverktyg som samtidigt optimerar teknik- och kapacitetsval (PEM kontra alkalisk, med/utan BESS och vätgastank) samt timvis drift under EU:s RFNBO-krav (timvis matchning, utsläppströskel) och nordiska krav för stödtjänster (minimibud, aktiveringstider). Modellen inkluderar degradering (stackens SoH och byte med stillestånd), PPA + nät med spårbarhet för “grönt” väte, samt reservmarknads-headroom (aFRR/mFRR/FCR). En hybrid metod (LP/MILP för realiserbarhet) kombineras med NSGA-II för att generera Pareto-fronter mellan NPV (inkl. intäkter från stödtjänster), utsläpp och degradering. En fallstudie i SE3 visar hur BESS jämnar ut laständringar, möjliggör deltagande i reserver och minskar degradering, medan vätgaslagring ökar flexibiliteten och underlättar regelefterlevnad. Resultaten tydliggör praktiska avvägningar: utsläppsminimering kräver ofta större lagring eller striktare drift, medan vinstmaximering reserverar kapacitet för stödtjänster och accepterar mindre effektivitets- eller livslängdsavkall. Verktyget identifierar genomförbara driftpunkter givet policy och marknadsregler och ger ett spårbart underlag för designval och känslighetsanalyser.
Investigation on Consumer Credit Behavior and the Ability to Make Ends Meet
No full textThis thesis aims to enhance the understanding of individuals’ financial personality traits in consumer credit usage and the factors influencing their ability to make ends meet, contributing to improved overall financial well-being. A combination of subjective survey data and objective bank register data is analyzed by econometric methods to fulfill research aims. The first paper sought to explore the moderate effects of financial personality traits, including risk tolerance, financial confidence, and self-control, between the intention to use consumer credit and the consumer credit used volume. The results show that, higher risk tolerance and higher financial confidence both relate to taking on more consumer credit while self-control has no moderate effect on the relationship between behavioral intention and consumer credit behavior. We also find that men who have the intention to use consumer credit and perceive themselves to have better financial knowledge purchase more with consumer credit, and that better self-control on financial activities mitigates the use of consumer credit for higher-income individuals. The second paper investigated the antecedents of making ends meet based on the Theory of Planned Behavior. We identify the effects of saving intention and credit use intention on the possibility of making ends meet. We discovered that financial learning from family and bank institutions has a distinct impact on the intention to save and borrow. These findings are informative for policymakers and financial institutions seeking to improve financially sustainable behaviors. Syftet med denna avhandling är att utveckla en bättre förståelse för individers finansiella personlighetsegenskaper i användningen av konsumtionskredit samt de faktorer som påverkar deras förmåga att få ekonomin att gå ihop, i relation till ett förbättrat finansiellt välbefinnande. En kombination av subjektiva enkätdata och objektiva bankregisterdata analyseras med ekonometriska analysmetoder för att uppnå forskningsmålen. Den första studien undersöker hur risktolerans, finansiellt självförtroende och självkontroll påverkar sambandet mellan intentionen att använda konsumtionskredit och faktisk kreditvolym. Resultaten visar att högre risktolerans och finansiellt självförtroende är förknippade med ökad kreditanvändning, medan ingen modererande effekt av självkontroll påträffas. Vidare finner vi att män som har en intention att använda konsumtionskredit och upplever sig ha god finansiell kunskap använder mer kredit, samt att bättre självkontroll i finansiella beslut dämpar kreditbruk bland höginkomsttagare. Den andra studien undersöker förutsättningarna för att få ekonomin att gå ihop utifrån teorin om planerat beteende. Vi identifierar effekterna av sparintention och intention att använda kredit på möjligheten att klara ekonomin. Vi upptäckte att finansiell utbildning från familjen och banker har en tydlig inverkan på intentionen att spara och låna. Dessa resultat är värdefulla för beslutsfattare och finansiella institutioner som vill främja mer hållbara finansiella beteenden. QC 20250312</p
Planning and Operation Optimization of Mobility-on-Demand Services in the Multimodal Mobility System
No full textMultimodal mobility systems provide seamless service by integrating various travel modes like driving, cycling, Mobility-on-Demand (MoD) services, and Public Transit (PT) services. With the advancement in autonomous driving and electric vehicles, MoD services show their significant potential in coordinating with other travel modes, especially for PT services. To make the best use of its potential, it is essential to investigate the planning and operations of MoD and PT services in the multimodal mobility system. In the multimodal mobility system, service operations on the supply side should focus on intermodal coordination. On the demand side, customers decide on routes and modes according to service levels such as travel time and price.However, research gaps exist in the planning and operations of integrated MoD and PT services. First, existing literature lacks in optimizing service operations that conform to customer behavior for multimodal mobility systems. Second, existing methods are not applicable to solve such an optimization problem with consistent 'expected' (from service operations) and 'actual' customer behavior. Third, there is a lack of operational optimization models with temporal dynamics for electric MoD vehicles integrated with PT service. To address the above issues, the included papers propose (1) service operation planning in multimodal mobility systems, (2) a generic mathematical solution algorithm for the choice-based optimization problem, and (3) electric MoD operation in multimodal mobility systems. Paper I proposes a choice-based optimization model for planning MoD services in the multimodal system with the consideration of customer behavior. The optimization of service operations embeds the travelers' choices over modes and routes through a multinomial logit (MNL) model. An efficient linearization method is proposed for transformed MNL constraints to solve the choice-based optimization model. The case study and numerical experiments demonstrate the method's accuracy, efficiency, and advantages compared to existing methods. Paper II further extends the approach to propose the generic outer-inner approximation methods to solve the choice-based optimization problem, which is applicable to problems, such as, location planning, network expansion, and pricing. Paper III optimizes the integrated operations between MoD and PT services through a network flow model describing the interactions among customer flows, MoD vehicles, and PT services. It embeds the temporal dynamics and charging actions of MoD vehicles using the expanded network with each dimension representing a location, a moment, a state of charge, or a mode. The case study uses real data in Färingsö island, Stockholm. The results show that, compared to existing PT services, the integration of 10 MoD vehicles generally reduces 11.35% average travel time and 1.90% average travel distance. It also significantly (around 40%) reduces maximum travel time, average waiting time, average initial waiting time, and average/maximum transfer time for customers. The intermodal transfers mainly happen in limited locations, suggesting that only minor modifications to the existing infrastructure are required for the integration.Multimodala transportsystem erbjuder sömlösa tjänster genom att integrera olika reseformer som bilkörning, cykling, Mobility-on-Demand (MoD)-tjänster och kollektivtrafik (PT). Med framstegen inom autonom körning och elfordon visar MoD-tjänster betydande potential för samordning med andra reseformer, särskilt kollektivtrafiken. För att utnyttja denna potential fullt ut är det nödvändigt att undersöka planering och drift av MoD och PT i ett multimodalt system. I det multimodala transportsystemet bör serviceoperationer på utbudssidan fokusera på intermodell samordning. På efterfrågesidan väljer kunder rutter och färdmedel baserat på servicekvalitet såsom restid och pris. Dock existerar forskningsluckor i planering och drift av integrerade MoD- och PT-tjänster. Först och främst saknar befintlig litteratur optimering av serviceoperationer som anpassas till kundbeteende i multimodala system. För det andra är befintliga metoder inte lämpliga för att lösa optimeringsproblem som balanserar förväntat beteende (från serviceoperationer) och äkta kundbeteende. För det tredje saknas operativa optimeringsmodeller med tidsdynamik för elburna MoD-fordon integrerade med PT. För att adressera dessa problem presenterar artiklarna: (1) planering av serviceoperationer i multimodala system, (2) en generisk matematisk lösningsalgoritm för valbaserade optimeringsproblem, och (3) drift av elburna MoD-fordon i multimodala system. Artikel I presenterar en valbaserad optimeringsmodell för MoD-planering i multimodala system med hänsyn till kundbeteende. Optimeringen integrerar resenärers val av färdmedel och rutter via en multinomial logit (MNL)-modell. En effektiv lineariseringsmetod för transformerade MNL-begränsningar föreslås för att lösa modellen. Fallstudier och numeriska experiment demonstrerar metodens precision, effektivitet och fördelar jämfört med befintliga metoder. Artikel II utvidgar tillvägagångssättet genom att föreslå generiska yttre-inre approximationsmetoder för att lösa valbaserade optimeringsproblem, tillämpbara på problem som lokaliseringsplanering, nätverksutbyggnad och prissättning. Artikel III optimerar samverkan mellan MoD och PT genom en nätverksflödesmodell som beskriver interaktioner mellan kundflöden, MoD-fordon och PT. Modellen integrerar tidsdynamik och laddningsbeteende för MoD-fordon via ett expanderat nätverk där varje dimension representerar plats, tidpunkt, laddningstillstånd eller färdmedel. En fallstudie med verkliga data från Färingsö i Stockholm visar att integrering av 10 MoD-fordon generellt minskar genomsnittlig restid med 11,35% och reslängd med 1,90%. Dessutom minskar maximal restid, genomsnittlig väntetid, inledande väntetid samt genomsnittlig/maximal bytestid markant (40%). Intermodella byten äger huvudsakligen rum på begränsade platser, vilket indikerar att endast små infrastrukturanpassningar krävs för integrationen.QC 20250512</p
Structural optimisation of single span steel-concrete high-speed railway bridges
No full textThis thesis focuses on optimisation of single span steel-concrete composite high-speedrailway (HSR) bridges. The research aims to investigate how different parameters, suchas span length, steel grade, cross-section type, and damper usage, influence the designof optimised bridges. A case-study bridge with an installed long-term monitoring systemis used in a model updating procedure using error domain model falsification (EDMF)and then optimised by a Genetic Algorithm (GA). Then, a parametric study on theaforementioned parameters is performed, using the bridge as a reference.The thesis is a compilation of three papers, in which the first, Paper I, a simplified 2D FEmodel of a simply supported bridge was calibrated using EDMF. A sensitivity analysiswas performed to investigate the parameters that govern the dynamic response. Thedecisive parameters were then updated using falsification to obtain accurate parameterranges. It is shown that the most accurate dynamic behaviour is achieved using updatedmaterial parameters instead of Eurocode parameters, and that falsification is an efficientapproach to perform model calibration.In Paper II, the calibrated model was subjected to an optimisation procedure, wherethe mass of the steel girders of the bridge was minimised. The constraints were Eurocodedesign limits in the ultimate limit state (ULS), serviceability limit state (SLS), and fatiguelimit state (FLS). Dynamic evaluation was performed using a single degree of freedom(SDOF) system and Duhamel’s integral. Two optimisations were performed, one thatincluded retrofitted viscous dampers on the bridge, and one that did not. Using accuratematerial parameters obtained in Paper I, results show that the ULS in conjunction withaccelerations limits the design of the bridge.In Paper III, the case-studied bridge from the previous two papers was subjected to aparametric study. Instead of using calibrated material parameter values, Eurocode valueswere used to provide generality. In the parametric study, simply supported steel-concretecomposite railway bridges were optimised to investigate how different parameters affectedthe optimised design. Five different steel grades (S235, S275, S355, S420, and S460), 51different span lengths (from 20-70 m using 1 m increments) and four different cross-sectiontypes (double I-girders, semi-box girder with joined lower flanges, double box girdersand box girder with inclined webs) were analysed. Results indicate that accelerationsand stresses in the SLS limit the design. Results also indicate that the double I-girderprovide the lowest mass, and that mass of the steel girders (expressed in kg/m) is virtuallyunchanged for span lengths from 20-50 m.Denna licentiatuppsats är inriktad mot optimering av fritt upplagda samverkansbroar i betong och stål för höghastighetsjärnväg. Syftet med forskningen är att undersöka hur olika parametrar, såsom spännvidd, stålkvalitet, tvärsnittstyp och användning av dämpare påverkar utformningen av optimerade tvärsnitt. En fallstudiebro med ett installerat långtidsövervakningssystem används för en modelluppdatering med hjälp av EDMF (error domain model falsification) och optimeras därefter med hjälp av en genetisk algoritm. Därefter görs en parameterstudie av ovan nämnda parametrar med bron som referensbro. Uppsatsen baseras på tre artiklar. I den första, Artikel I, genomfördes en kalibrering av en förenklad 2D-finitelementmodell av en enspannsbro med EDMF. En känslighetsanalys genomfördes för att undersöka vilka parametrar som styr det dynamiska beteendet hos bron. De mest kritiska parametrarna uppdaterades därefter genom falsifiering för att erhålla relevanta värden. Resultaten visar att bäst överensstämmelse i den dynamiska responsen fås med kalibrerade materialparametrar jämfört med Eurokoderna, samt att falsifiering är en effektiv metod för att genomföra modellkalibrering. I Artikel II genomgick den kalibrerade modellen en optimeringsprocess där målet var att minimera massan hos brokonstruktionens bärande stålbalkar. Begränsningar i optimeringen utgjordes av dimensioneringskrav enligt Eurokoderna i brottgränstillstånd, bruksgränstillstånd samt utmattningsgränstillstånd. Den dynamiska analysen av bron genomfördes genom att förenkla bron till ett enfrihetsgradssystem för att därefter använda Duhamels integral. Två optimeringar genomfördes – en där bromodellen innefattar eftermonterade dämpare, och en utan. Med hjälp av materialparametrar från Artikel I visar resultaten från optimeringen att brottgränstillstånd i samverkan med accelerationskraven var avgörande vid dimensionering. I Artikel III genomfördes en parameterstudie, där den tidigare kalibrerade bron användes som referensbro. Istället för kalibrerade värden på materialparametrar användes parametervärden givna i Eurokoderna för att uppnå generell tillämplighet av resultaten. I den parametriska studien optimerades fritt upplagda samverkansbroar för att undersöka hur olika parametrar påverkar det optimerade tvärsnittet. Fem olika stålkvaliteter (S235, S275, S355, S420 och S460), 51 olika spännvidder (från 20-70 m i steg om 1 m) samt fyra olika tvärsnitt (dubbel I-balk, halv lådbalk med sammanfogade underflänsar, dubbla lådbalkar, samt lådbalk med lutande liv) analyserades. Resultaten indikerar att accelerationer och spänningar i bruksgränstillståndet begränsar utformningen. Resultaten visar även att de dubbla I-balkarna resulterar i lägst massa och att massan hos stålbalkarna (uttryckt i kg/m) i stort sett är oförändrad för spännvidder mellan 20 och 50 meter. QC 20250522</p
Bortom handkontroller : Mikrogester på kroppen för äventyrsspel i Mixed Reality
No full textMixed-reality (MR) platforms are moving toward controller-free input, relying on hand gestures and eye tracking typified by Apple Vision Pro and ’Samsungs upcoming MR headset. This study tests whether subtle on-body micro-gestures can replace controllers in MR gameplay. Two techniques were implemented, Palm and Knuckle, modeled on joystick steering and button tapping. In a within-subjects experiment, 24 participants played the same third-person MR adventure three times: once with Palm, once with Knuckle, and once with a traditional controller. Logged metrics included completion time, jumps, attacks, travel distance, and direction changes, plus NASA-RTLX workload and ratings of intuitiveness, precision, enjoyment, and preference. Results show that the controller delivered the fastest, most precise performance. Palm produced the most attacks and enemy kills but imposed the highest workload. Knuckle was rated the most enjoyable and the most socially acceptable in public. While physical controllers still lead in speed and accuracy, on-body micro-gestures emerge as an appealing alternative for casual or mobile MR play. Design implications for future controller-free MR systems that balance performance with user experience are also outlined.Mixed-Reality-plattformar (MR) går mot kontrollerfri interaktion där handgester och ögonspårning är primära input-metoder, vilket blir tydligt med exempelvis Apple Vision Pro och Samsungs kommande XR-headset. Denna studie undersöker hur diskreta mikrogester med användarens händer som input-yta (on-body) kan jämföras med traditionella kontroller i MR-spel. Två tekniker utvecklades: Palm och Knuckle, modellerade efter analoga spakar respektive knappar. I en inomgruppsstudie spelade 24 personer ett äventyrsspel i tredje person tre gånger: med Palm, Knuckle och en traditionell handkontroll. Vi loggade sluttid, antal hopp och attacker, sträckan de rörde sig och antal riktningsbyten. Även arbetsbelastning genom NASA-RTLX och subjektiva bedömningar av intuitivitet, precision, nöje och preferenser samlades in. Resultaten visar att handkontrollen gav snabbast och mest precisa resultat. Palm gav flest attacker och flest fiender dödade, men gav också högst arbetsbelastning. Knuckle upplevdes som roligast och socialt mest acceptabel i offentlig miljö. Trots att fysiska kontroller ännu leder i hastighet och noggrannhet visar resultaten att on-body mikrogester är ett lockande alternativ för mobilt eller avslappnat MR-spel. Studien berör även designimplikationer för framtida kontrollerfria MR-system som balanserar prestanda mot användarupplevelse
Femtosecond laser-based 3D printing of micro- and nano components in silica glass for optics and energy storage
No full textThis thesis explores advanced femtosecond laser fabrication techniques for the development of miniaturized components in photonics and energy storage. By leveraging the unique characteristics of femtosecond laser–material interactions, particularly with hydrogen silsesquioxane (HSQ), this work introduces novel strategies for direct 3D printing of glass microstructures and high-performance microsupercapacitors (MSCs). In the first part of the thesis, three distinct femtosecond laser interaction regimes, Uniform Mode, Nanograting Mode, and Sphere Mode, are systematically investigated in HSQ. These regimes enable the fabrication of silica-based 3D microstructures with different morphologies and properties. A key achievement is the direct 3D printing of silica glass structures on optical fiber tips using all three modes, demonstrating a significant advancement in integrating functional micro-optics into fiber-based platforms. Four proof-of-concept photonic devices are demonstrated: an optical resonator, a refractive index sensor, a polarization beam splitter, and a fiber-tip microlens. These devices show excellent performance and establish the feasibility of using femtosecond direct laser writing (DLW) for glass microstructure integration in compact and robust photonic systems. The second part of the thesis focuses on femtosecond-laser-enabled MSCs. Two energy storage devices have been developed. The first employs a heterogeneous MXene/PEDOT:PSS ink formulation patterned via direct ink writing (DIW) and femtosecond laser scribing on paper substrates, creating flexible, metal-free MSC arrays with high areal capacitance and voltage tunability. The second device utilizes a 3D-printed nanograting skeleton with vertically aligned plates fabricated in HSQ, followed by conformal coating with conductive layers. This design significantly improves ion transport and increases the electrode surface area. The resulting device achieves a record-high characteristic frequency of 5.72 kHz, along with excellent capacitance retention over 450,000 cycles, making it suitable for AC line-filtering applications in microelectronic circuits. Overall, this work demonstrates that femtosecond laser fabrication offers powerful and versatile capabilities for miniaturized photonic and energy storage devices. The combination of additive 3D microfabrication, material conversion, and structural control opens new pathways for integrating functional materials into compact systems. Future research directions include expanding material compatibility, developing more complex photonic architectures, and integrating energy storage with microelectronic circuitry. Together, these contributions point toward a scalable, precise, and robust fabrication platform for next-generation microdevices.Denna avhandling utforskar avancerade tillverkningstekniker som använder femtosekundlaserteknik för att utveckla miniatyriserade komponenter inom fotonik och energilagring. Genom att utnyttja de unika egenskaperna hos femtosekundlaserns interaktion med material, särskilt med hydrogen silsesquioxane (HSQ), introduceras här nya strategier för direkt 3D-utskrift av glasmikrostrukturer och högpresterande mikrosuperkondensatorer (MSC:er). I avhandlingens första del studeras tre distinkta laserinteraktionsregimer, Uniform Mode, Nanograting Mode och Sphere Mode, systematiskt i HSQ. Dessa regimer möjliggör tillverkning av 3D-strukturer av kiseldioxid med olika morfologier och egenskaper. En viktig prestation är den direkta 3D-utskriften av glaskonstruktioner på spetsen av optiska fibrer med hjälp av samtliga tre regimer, vilket visar betydande framsteg i att integrera funktionella mikro-optiska komponenter på fiberbaserade plattformar. Fyra konceptvaliderande fotonikenheter demonstreras: en optisk resonator, en refraktionsindexsensor, en polarisationsstråldelare samt en mikrolins på en fiberspets. Dessa enheter uppvisar utmärkt prestanda och fastställer att direkt femtosekundlaserskrivning (DLW) är ett lovande tillvägagångssätt för integration av glasmikrostrukturer i kompakta och robusta fotoniksystem. Den andra delen av avhandlingen fokuserar på femtosekundlasertillverkade MSC:er. Två energilagringsenheter har utvecklats. Den första använder en heterogen MXene/PEDOT:PSS-bläckformulering som mönstrats på papperssubstrat via direkt bläckskrivning (DIW) följt av ritsning med femtosekundlaser, vilket resulterar i flexibla, metallfria MSC-serier med hög kapacitans per yta och justerbar spänning. Den andra enheten använder ett 3D-utskrivet nanogitter-skelett med vertikalt orienterade plattor tillverkade i HSQ, följt av konform beläggning med ledande material. Denna design förbättrar jontransporten avsevärt och ökar elektrodytan. Resultatet är en enhet med rekordhög karakteristisk frekvens på 5 .72 kHz samt utmärkt kapacitansstabilitetöver 450 000 cykler, vilket gör den väl lämpad för växelströmsfiltrering i mikroelektronik. Sammanfattningsvis visar detta arbete att tillverkningstekniker som använder femtosekundlaserteknik erbjuder kraftfulla och mångsidiga möjligheter för tillverkning av miniatyriserade fotoniska och energilagrande komponenter. Kombinationen av additiv 3D-mikrotillverkning, materialomvandling och strukturell kontroll öppnar nya vägar för att integrera funktionella material i kompakta system. Framtida forskning kan fokusera på utökad materialkompatibilitet, utveckling av mer komplexa fotoniska arkitekturer och integration av energilagring med mikroelektroniska kretsar. Tillsammans utgör dessa bidrag en skalbar, exakt och robust tillverkningsplattform för nästa generations mikroenheter.QC 20251027</p
Direction and speed selectivity properties for spatio-temporal receptive fields according to the generalized Gaussian derivative model for visual receptive fields
No full textThis paper gives an in-depth theoretical analysis of the direction and speed selectivity properties of idealized models of the spatio-temporal receptive fields of simple cells and complex cells, based on the generalized Gaussian derivative model for visual receptive fields. According to this theory, the receptive fields are modelled as velocity-adapted affine Gaussian derivatives for different image velocities and different degrees of elongation. By probing such idealized receptive field models of visual neurons to moving sine waves with different angular frequencies and image velocities, we characterize the computational models to a structurally similar probing method as is used for characterizing the direction and speed selective properties of biological neurons. It is shown that the direction selective properties become sharper with increasing order of spatial differentiation and increasing degree of elongation in the spatial components of the visual receptive fields. It is also shown that the speed selectivity properties are sharper for increasing order of spatial differentiation, while they are for the inclination angle independent of the degree of elongation. By comparison to results of neurophysiological measurements of direction and speed selectivity for biological neurons in the primary visual cortex, we find that our theoretical results are qualitatively consistent with (i) velocity-tuned visual neurons that are sensitive to particular motion directions and speeds, and (ii)~different visual neurons having broader {\em vs.\/}\ sharper direction and speed selective properties. Our theoretical results in combination with results from neurophysiological characterizations of motion-sensitive visual neurons are also consistent with a previously formulated hypothesis that the simple cells in the primary visual cortex ought to be covariant under local Galilean transformations, so as to enable processing of visual stimuli with different motion directions and speeds.Covariant and invariant deep network
Djupinlärning för klassificering av bröstcancersubtyper och behandlingsrespons med dynamisk kontrastförstärkt MRT : En experimentell studie av temporala indata, hjälpfunktioner och modellkapacitet för TNBC- och pCR-klassificering av bröstcancer med DCE-MRT
No full textTriple-negative breast cancer (TNBC) is an aggressive subtype of breast cancer that lacks targeted treatment options. Pathological complete response (pCR) following neoadjuvant therapy is a crucial prognostic indicator; however, both TNBC subtype classification and pCR prediction remain challenging using conventional methods. This thesis investigates whether deep learning models trained on dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) can accurately classify TNBC and predict pCR. A flexible 3D convolutional neural network pipeline was developed and applied to the MAMA-MIA dataset, a large multicenter collection of expert-annotated breast DCE-MRI scans. The study systematically evaluated three design factors: temporal encoding strategies (e.g., delta-based subtraction), auxiliary input channels (e.g., segmentation masks and parametric enhancement maps), and model capacity (ResNet18, ResNet50, CBAM). All models were trained and evaluated using five-fold cross-validation. Results showed that temporal encodings improved classification performance over static input, and that adding parametric enhancement maps yielded further gains. However, segmentation masks did not yield improvement when used as additional input channels. Increasing model capacity and incorporating attention mechanisms (CBAM) achieved the highest performance, with an AUC of 0.81 for TNBC and 0.76 for pCR. These findings suggest that deep learning models can extract clinically relevant information from spatiotemporal DCE-MRI patterns, with implications for non-invasive tumor characterization and early treatment response prediction.Trippelnegativ bröstcancer (TNBC) är en aggressiv undertyp av bröstcancer som saknar målriktade behandlingsalternativ. Patologisk komplett respons (pCR) efter neoadjuvant behandling är en viktig prognostisk indikator, men både klassificering av TNBC och prediktion av pCR är utmanande med konventionella metoder. Denna avhandling undersöker om djupinlärningsmodeller tränade på dynamisk kontrastförstärkt magnetresonanstomografi (DCE-MRT) kan användas för att klassificera TNBC och förutsäga pCR. En flexibel pipeline baserad på 3D-konvolutionella neurala nätverk utvecklades och tillämpades på MAMA-MIA-datasetet, en stor multicenter-samling av expertannoterade bröst-DCE-MRT-volymer. Studien utvärderade systematiskt tre designfaktorer: temporala indata (t.ex. subtraktion mellan tidspunkter), hjälpfunktioner (t.ex. segmenteringsmasker och parametriska förstärkningskartor) och modellkapacitet (ResNet18, ResNet50, CBAM). Alla modeller tränades och utvärderades med femfaldig korsvalidering. Resultaten visade att temporala indata förbättrade klassificeringen jämfört med statiska bilder, och att PE-kartor ytterligare förbättrade prestandan. Däremot gav segmenteringsmasker som hjälpfunktion inga förbättringar. Ökad modellkapacitet och användning av uppmärksamhetsmekanismer (CBAM) ledde till högst prestanda, med ett AUC-värde på 0,81 för TNBC och 0,76 för pCR. Dessa resultat tyder på att djupinlärning kan extrahera kliniskt relevant information från spatiotemporala DCE-MRT-mönster, vilket kan möjliggöra icke-invasiv tumörkarakterisering och tidig utvärdering av behandlingssvar