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Strategic planning in higher education: lessons learned from the leaders at one Canadian Institution
No full textAbstractHigher education institutions around the world play a critical role in shaping our very way of life, building the intellectual capacity, knowledge utilization, scientific and technological skills that nations need to strive in today's highly competitive and interconnected global economy. Most of these institutions rely on strategic planning at their primary management tool to drive targeted change across their campuses in areas such as policy development, teaching and learning, student success, instructional resources, faculty professional development, and even facility improvements. And yet, many of them continue to report how it remains a major challenge to employ this important planning approach to its full potential. The purpose of this study was to conduct an in-depth qualitative examination of the views of the strategic planning leaders at one Canadian College for further insight into how these institutions could make better use of the process to help them survive, and even thrive in this context, to the benefit of not only their own constituents, but also the whole of society. This study analyzed the leaders' views in comparison to the existing strategic planning models, the prevalent challenges with strategic planning in higher education, and relevant theoretical frameworks on leadership to explore new insights on this issue. The study findings led to a series of practical, evidence-based lessons learned on where these institutions should focus their efforts to optimize their use of strategic planning. Key insights include that the institutions should start by ensuring that the entire community is on the same page in terms of not only its strategic vision and targeted priorities, but also its chosen strategic planning model. A structured, yet collaborative approach should be employed, with a focus on inclusive, equitable, transparent and accountable practices to engage everyone, especially the front-line faculty members, in the process. Furthermore, those who lead the strategic planning process should be highly committed to the strategic vision, well equipped to facilitate the process, and ensure that the process remains highly responsive to the volatile planning environments often encountered by these institutions.Résumé Les établissements d'enseignement supérieur du monde entier jouent un rôle essentiel dans la définition de notre mode de vie, en renforçant les capacités intellectuelles, l'utilisation des connaissances et les compétences scientifiques et technologiques que les pays doivent poursuivre dans l'économie mondiale hautement compétitive et interconnectée de notre époque. La plupart de ces institutions utilisent la planification stratégique comme leur outil principal pour conduire un changement ciblé à travers leurs campus dans des domaines tels que l'élaboration de politiques, l'enseignement et l'apprentissage, la réussite des étudiants, les ressources pédagogiques, le perfectionnement professionnel du corps professoral, et même l'amélioration des installations. Et pourtant, beaucoup d'entre eux indiquent qu'il reste toujours un défi majeur pour utiliser cette approche de planification à son maximum.Le but de cette étude était de faire un examen qualitatif approfondi des points de vue des responsables de la planification stratégique d'un collège canadien afin de mieux comprendre comment ces institutions pourraient mieux utiliser le processus pour les aider à survivre, voire même à prospérer dans ce contexte, au bénéfice non seulement de leurs propres constituants, mais aussi de la société tout entière. Le chercheur a analysé les points de vue des dirigeants par rapport aux modèles de planification stratégique existants, aux principaux problèmes posés par la planification stratégique dans l'enseignement supérieur, ainsi qu'aux cadres théoriques pertinents sur le leadership pour éclairer cette question. Les résultats de l'étude ont abouti à une série de leçons pratiques, fondées sur des preuves concrètes, sur lesquels ces institutions devraient concentrer leurs efforts pour optimiser leur planification stratégique. Parmi les principales conclusions à retenir, les institutions devraient veiller à ce que leur communauté soit tous sur la même longueur d'onde en ce qui concerne non seulement sa vision stratégique et ses priorités ciblées, mais également son modèle de planification stratégique. Une approche hautement disciplinée, mais néanmoins collaborative, devrait être utilisée, en mettant l'accent sur des pratiques inclusives, équitables, transparentes et responsables afin de susciter la participation de tous, en particulier les membres de son corps professoral de première ligne, dans le processus. En outre, les responsables du processus devraient être hautement investis à la vision stratégique, bien outillés pour faciliter le processus, et veiller à ce qu'il s'adapte rapidement aux changements brusques souvent rencontrés dans l'environnement de planification de ces institutions
Emerging non-orthogonal communication systems: faster-than-Nyquist, spectrally-efficient FDM, MIMO, and non-orthogonal uplink multiple-access
No full textThe evolution of digital communication has made our life simpler and more convenient than ever before, and the rapid developments of the current wireless communication standards have been providing people faster and more reliable access to information anytime and anywhere. The upcoming Fifth Generation (5G) wireless standard is envisioned to support up to a thousand times faster data rates than the current transmission systems through the use of many novel data transmission technologies, and the non-orthogonal transmission schemes have been considered as an integral part of 5G. This research investigates the merits of continuous-time waveform channels of non-orthogonal communications, with the focuses on various emerging non-orthogonal modulation schemes and different continuous-time to discrete-time receiver frontends. In particular, we consider the emerging non-orthogonal transmission schemes, including faster-than-Nyquist signaling, spectrally-efficient frequency-division multiplexing, multi-antenna systems, and non-orthogonal uplink multiple-access. By noticing the common link among these considered non-orthogonal transmission schemes, which is the channel signaling rate exceeding the channel Nyquist rate, we established appropriate channel models and perform information-theoretical analysis for such channels. We first present results on single-antenna non-orthogonal transmission in uplink multiple-access channels and time/frequency-domain non-orthogonal communications. Then, multi-antenna temporal non-orthogonal transmissions with different continuous-time to discrete-time receiver frontends have been examined. Finally, further extended results on the corresponding receivers and non-orthogonal communications are presented. Supported by analytical results and numerical simulations, we show that the considered non-orthogonal transmission schemes can potentially lead to throughput improvements in the next-generation wireless communication systems.L'évolution de la communication numérique a rendu notre vie plus simple et plus pratique que jamais. Les développements rapides des normes de communication sans fil fournissent un accès plus rapide et plus fiable aux informations à tout moment et en tout lieu pour les utilisateurs mobiles. La prochaine norme sans fil de la cinquième génération (5G) devrait prendre en charge des débits de données jusqu'à mille fois plus rapides que les systèmes de transmission actuels en utilisant de nombreuses nouvelles technologies de transmission, et les transmissions non orthogonales ont été considérées comme faisant partie intégrante de 5G.Ce projet de recherche examine les avantages des canaux de forme d'onde en temps continu des communications non orthogonales. Les centres d'intérêt portent sur divers schèmes de modulation non orthogonale émergents et sur différents récepteurs de temps continu à temps discret. En particulier, nous considérons les schèmes de transmission non orthogonale, y compris la signalisation plus rapide que Nyquist, le multiplexage par division de fréquence efficace, les systèmes multi-antennes et les accès multiples non orthogonaux pour la liaison montante. En notant le lien commun entre ces schèmes de transmission non orthogonale, qui est le taux de signalisation du canal supérieur au taux de Nyquist du canal, nous avons établi des modèles de canal appropriés et effectué des analyses théoriques pour ces canaux en utilisant la théorie de l'information. Nous présentons d'abord les résultats sur la transmission non orthogonale à une seule antenne dans un canal à accès multiple, et sur les transmissions non orthogonales dans les domaines temporel et fréquentiel. Ensuite, des communications non-orthogonales à antennes multiples avec différents récepteurs de temps continu à temps discret ont été examinées. Enfin, des résultats supplémentaires sur les différents récepteurs et les communications non orthogonales sont présentés. En utilisant des résultats analytiques et des simulations numériques, nous démontrons que les schèmes de transmission non orthogonale considérés peuvent potentiellement améliorer le débit des futurs systèmes de communication sans fil
Bioavailability and bioactivity of polyphenols and their microbial metabolites following simulated dynamic gastrointestinal digestion
No full textThis doctoral dissertation describes the first combined use of a human simulated gut digestion model together with intestinal and hepatic cell cultures to examine the profiles, bioactivities and bioavailabilities of microbial metabolites generated from polyphenols commonly present in the human diet (chlorogenic acid, caffeic acid, ferulic acid and rutin). Study 1 involved digestion of the above polyphenols using a continuous multi-reactor Computer Controlled Dynamic Human Gastrointestinal (GI) Model representing digestion in the stomach, the small intestine and the three colonic segments. The profiles of the microbial phenolic metabolites and short chain fatty acids generated by microbiota varied greatly according to the colonic compartment. Prolonged microbial metabolism over a 16 h period generated antioxidant capacity that matched that produced by the parent polyphenols, which differs from previous short-term batch fermentation studies showing low antioxidant potential of the metabolites. Study 2 utilized the human colorectal adenocarcinoma Caco-2 cell line to explore the anti-colon cancer effects of chlorogenic acid and its major microbial metabolites (caffeic, 3-phenylpropionic and benzoic acids) at physiologically relevant concentrations of each compound and an equimolar mixture of the compounds. The combination of chlorogenic acid and its metabolites enhanced the anti-cancer efficacy as anti-proliferative, apoptotic and cell cycle arrest effects were seen at several-fold lower concentrations of those compounds within the equimolar mixture than when they were provided singly. Alterations in mitochondrial DNA were not associated with the apoptotic events for chlorogenic acid and caffeic acid but a reduction of mitochondrial DNA content was involved in 3-phenylpropionic-mediated apoptosis. In Study 3, the digests from the human simulated gut digestion system were coupled with a co-culture of human intestinal Caco-2 and hepatic HepG2 cells to investigate the digestion and first pass metabolism of a polyphenol-rich potato extract (PRPE) containing chlorogenic acid, caffeic acid, ferulic acid and rutin as the major polyphenolic constituents. Digestion of PRPE in the GI model led to generation of the microbial-derived metabolites of the polyphenols (dihydrocaffeic, dihydroferulic, 3-hydroxybenzoic, 3-hydroxyphenylpropionic, coumaric, 3-hydroxyphenylacetic, phenylpropanoic and cinnamic acids). Following a 2 h incubation of the colonic digesta with Caco-2 cells, ferulic acid and dihydrocaffeic, dihydroferulic, 3-hydroxyphenylpropionic, 3-hydroxybenzoic and coumaric acids were noted to be poorly transported (3-15%). A two- to three-fold increase in the concentrations of ferulic, dihydrocaffeic, 3-hydroxyphenylpropionic and coumaric acids after 3 h incubation with HepG2 cells demonstrated a major contribution of hepatic metabolism in the generation of those compounds despite their poor Caco-2 cellular transport. Overall, the combined approach using simulated gut digestion and cell culture systems applied in the current work provides a unique platform for the detailed study of mechanisms involved in biotransformation, bioavailability and bioactivity of polyphenols and their metabolites, which is otherwise difficult to perform in vivo.Cette thèse de doctorat décrit le premier emploi combiné d'un modèle de digestion intestinale humaine simulée en association avec des cultures cellulaires intestinales et hépatiques afin d'examiner les profils, les bioactivités et les biodisponibilités des métabolites microbiens générés à partir de polyphénols communément présents dans l'alimentation humaine (l'acide chlorogénique [CGA], l'acide caféique, l'acide férulique et la rutine). L'étude 1 a porté sur la digestion des polyphénols ci-dessus à l'aide d'un modèle continu et dynamique gastro-intestinal (GI) humain contrôlé par ordinateur et à plusieurs réacteurs représentants la digestion dans l'estomac, l'intestin grêle et les trois segments du colon. Les profils des métabolites phénoliques et des acides gras à chaine courte générés par le microbiote ont varié considérablement en fonction du compartiment du colon. Le métabolisme microbien prolongé sur une période de 16 heures a généré une capacité antioxydante similaire à celle produite par les polyphénols parents; ceci diffère des études précédentes de fermentation discontinue à court terme montrant un faible potentiel antioxydant des métabolites. L'étude 2 a utilisé la lignée cellulaire d'adénocarcinome colorectal humain Caco-2 pour étudier les effets de l'acide chlorogénique et de ses principaux métabolites microbiens (les acides caféique, 3-phenylpropionique et benzoïque) sur le cancer du côlon à des concentrations physiologiquement pertinentes d'un mélange équimolaire des composés. La combinaison de CGA et de ses métabolites a amélioré l'efficacité antiproliférative de ces composés, puisque des effets antiprolifératifs, apoptotiques et d'arrêt du cycle cellulaire ont été observés à des concentrations plusieurs fois plus faibles dans le mélange équimolaire que lorsqu'ils étaient administrés séparément. Des altérations de l'ADN mitochondrial n'étaient pas impliquées dans les mécanismes d'action des évènements apoptotiques du CGA et de l'acide caféique, mais une réduction du contenu en ADN mitochondrial était impliquée dans l'apoptose médiée par l'acide 3-phenylpropionique. Dans l'étude 3, les digestats obtenus du système de digestion intestinale humain simulé ont été soumis à une coculture de cellules intestinales humaines Caco-2 et hépatiques HepG2 pour examiner la digestion et l'effet de premier passage d'un extrait de pomme de terre (PRPE) contenant les acides chlorogénique, caféique et férulique et la rutine comme principaux constituants polyphénoliques. La digestion du PRPE par le modèle GI a mené à l'apparition de métabolites générés par les microbes (les acides dihydrocaféique, dihydroférulique, 3-hydroxybenzoïque, 3-hydroxyphénylpropanoïque, coumarique, 3-hydroxyphénylacétique, phénylpropanoïque et cinnamique). Après 2 heures d'incubation du digestat colique avec les cellules Caco-2, l'acide férulique et les acides dihydrocaféique, dihydroférulique, 3-hydroxyphénylpropionique, 3-hydroxybenzoïque et coumarique ont été mal transportés à travers la monocouche de cellules Caco-2 (3 – 15%). Une augmentation de deux à trois fois supérieure des concentrations d'acides férulique, dihydrocaféique, 3-hydroxyphénylpropionique et coumarique après 3 heures d'incubation avec les cellules HepG2 a démontré une contribution majeure du métabolisme hépatique à la génération de ces composés malgré leur faible transport à travers les cellules Caco-2.Globalement, l'approche combinée utilisant les systèmes de digestion intestinale simulée et de culture cellulaire, développée dans le cadre des travaux actuels, offre une plate-forme unique pour l'étude détaillée des mécanismes impliqués dans la biotransformation, la biodisponibilité et la bioactivité des polyphénols et de leurs métabolites, ce qui est par ailleurs difficile à réaliser in vivo
Metabolic requirements of effector T cells in vitro and in vivo
No full textThe study of immuno-metabolism has gained prominence in recent years with the development of new technologies allowing for insights into the contribution of metabolism to immune cell function. Glucose and glutamine have emerged as key metabolic substrates that play important functions in supporting T cell bioenergetics, biosynthesis and mitochondrial function that support the growth, development and maintenance of immune cell homeostasis and function. Most metabolic studies to date have focused on in vitro cultured T lymphocytes. These studies have been useful in identifying metabolic pathways active during T cell activation. However, due to the complex nature of the environment immune cells encounter in vivo, which includes nutrient availability, 3-D structure, and heterogenous cell-to-cell interactions, it is difficult to mimic this complex environment in vitro. Recent work using stable-isotope tracer studies in cancer models in vivo have established that cancer cell metabolism can vary between in vitro and in vivo settings. This thesis highlights additional key metabolic pathways beyond central carbon metabolism that play essential roles in effector T cell function. Specifically, the non-essential amino acid serine as a versatile and essential nutrient for T lymphocyte proliferation, independent of central carbon metabolism. Exogenous serine, a key metabolite fueling one-carbon metabolism, was identified to support T cell proliferation, through its support of de novo nucleotide biosynthesis. Second, this thesis details the development of methodology for studying effector T cell metabolism in vivo using 13C-glucose stable-isotope tracer analysis. Discovered through in vivo 13C-glucose stable-isotope tracer analysis was the active engagement of de novo serine biosynthesis from glucose in proliferating T cells in vivo. Finally, through shRNA and inhibitor studies, this thesis demonstrated that de novo serine biosynthesis, regulated via the rate limiting enzyme Phgdh, is also required for optimal T cell proliferation. However, unlike the role of extracellular serine, glucose-dependent serine biosynthesis appears to influence T cell proliferation independent of its contribution to one-carbon metabolism, suggesting that Phgdh regulates T cell proliferation through alternate pathways parallel to the folate cycle. The work in this thesis documents the development of new methodologies to study T cell metabolism in vivo, and highlights how metabolic pathways beyond glucose and glutamine metabolism can shape T cell function to influence immune outcomes.L'étude de l'immuno-métabolisme a pris de l'importance ces dernières années avec le développement de nouvelles technologies permettant de mieux comprendre la contribution du métabolisme à la fonction des cellules immunitaires. Le glucose et la glutamine sont des substrats métaboliques clés qui jouent un rôle important dans le soutien bioénergétique, biosynthétique et les fonctions mitochondriales des lymphocytes T, qui soutiennent la croissance, le développement et le maintien de l'homéostasis et les fonctions des cellules immunitaires. À ce jour, la plupart des études métaboliques ont porté sur des lymphocytes T en culture in vitro. Ces études ont été utiles pour identifier les voies métaboliques actives lors de l'activation des cellules T. Cependant, en raison de la nature complexe de l'environnement rencontré in vivo par les cellules immunitaires, notamment la disponibilité des nutriments, la structure tridimensionnelles et les interactions complexes entre cellules, il est difficile de récapituler cet environnement complexe in vitro. Des travaux récents utilisant des études de traceurs d'isotopes stables dans des modèles de cancer in vivo ont établi que le métabolisme des cellules cancéreuses peut varier in vitro et in vivo. Dans cette thèse, j'ai identifié des voies métaboliques alternatives clés, autres que le métabolisme central du carbone, qui jouent un rôle essentiel dans la fonction des cellules T effectrices. Tout d'abord, j'ai identifié la sérine, un acide aminé non essentiel, comme nutriment polyvalent essentiel à la prolifération des lymphocytes T, indépendante du métabolisme central du carbone. J'ai identifié la sérine exogène, un métabolite clé qui alimente le métabolisme à un carbone, comme étant nécessaire pour la prolifération optimale des cellules T par sa contribution à la biosynthèse de novo de nucléotides et ce, indépendamment du métabolisme du glucose ou de la glutamine. Deuxièmement, j'ai développé une méthodologie pour étudier le métabolisme des cellules T effectrices in vivo en utilisant l'analyse du traceur stable isotope 13C-glucose. À travers ces travaux, j'ai découvert que la biosynthèse de novo de la sérine à partir du glucose est une voie métabolique active dans les lymphocytes T en prolifération in vivo. Enfin, j'ai démontré que la biosynthèse de novo de la sérine, régulée via l'enzyme limitante Phgdh, est également nécessaire pour la prolifération optimale des lymphocytes T. Cependant, contrairement au rôle de la sérine extracellulaire, la biosynthèse de la sérine dépendante du glucose semble influencer la prolifération des cellules T et ce, indépendamment de sa contribution au métabolisme du carbone, suggérant ainsi un rôle de Phgdh dans la régulation de la prolifération des cellules T par le biais de voies alternatives parallèles au cycle du folate. Le travail présenté dans cette thèse documente le développement de nouvelles méthodologies pour étudier le métabolisme des cellules T in vivo et souligne comment les voies métaboliques, au-delà du métabolisme du glucose et de la glutamine, peuvent affecter la fonction des cellules T et ainsi influencer les réponses immunitaires
Electrochemical passivation of 316L stainless steel for biomedical applications: a method for improving pitting corrosion resistance via cyclic potentiodynamic polarization
No full text316L stainless steels (SS) are widely used as biomaterials due to their good general corrosion resistance, low cost and good machinability. However, 316L SS is prone to severe degradation in human body due to aggressive halide ions present in the environment, namely chlorides and bromides, which can cause a local breakdown of the protective passive film and enable the progression of pitting corrosion. Hence, significant efforts have been made to develop methods for the surface modification of the 316L SS in order to improve its pitting corrosion resistance, and thus its biocompatibility.In this work, the application of cyclic potentiodynamic polarization (CPP) for the formation of a highly corrosion resistant passive oxide film on a 316L SS surface using a 0.1 M NaNO3 solution as a passivation electrolyte in deaerated and aerated conditions was investigated. Electrochemical tests such as open circuit potential (OCP) measurement and potentiodynamic polarization test were conducted to evaluate the corrosion behavior of the modified surface. It was found that CPP method under both deaerated and aerated conditions resulted in formation of a passive oxide film that offers significantly higher OCP and pitting corrosion resistance than the naturally-grown passive film. The results of OCP and potentiodynamic polarization tests show that the passive film formed by CPP in an aerated 0.1 M NaNO3 solution exhibits higher OCP and higher pitting corrosion resistance than the film formed in a deaerated 0.1 M NaNO3 solution. It was observed that dissolved oxygen has a positive effect on the passivation of 316L SS under CPP conditions. The 316L SS surface passivated for 200 sweeps in an aerated 0.1 M NaNO3 solution exhibited largest improvements: highest open circuit potential (141.77 mVSCE) and complete elimination of pitting corrosion in a 0.1 M PBS solution at 22 C.Les aciers inoxydables 316L sont utilisés partout comme biomatériaux en raison de leur bonne résistance à la corrosion, de leur faible coût et de leur bonne usinabilité. Cependant, lorsequ'ils sont utilises dans le corps humain, les aciers inoxydables 316L se dégradent à cause de la présence d'ions halogénures agressifs. En particulier, les chlorures et les bromures peuvent provoquer une dégradation locale du film protecteur passif et permettre la progression de la corrosion par piqûre. Par conséquent, des recherches sont en cours pour développer des méthodes de modification de surface de l'acier inoxydable 316L afin d'améliorer sa résistance à la corrosion par piqûre et donc sa biocompatibilité.Dans ce travail, l'application de la polarisation potentiodynamique cyclique pour la formation d'un film d'oxyde passif résistant à la corrosion sur une surface en acier inoxydable 316L a été étudiée. Ceci a été fait en utilisant une solution de NaNO3 0.1 M pour l'électrolyte de passivation dans des conditions désaérées et aérées. Des tests électrochimiques étaient faits pour évaluer le comportement à la corrosion de la surface modifiée. Cela incluait des mesures de potentiel en circuit ouvert et un test de polarisation potentiodynamique. Il a été constaté que la méthode de polarisation potentiodynamique cyclique dans les deux conditions entraînait la formation d'un film d'oxyde passif présentant un potentiel de circuit ouvert et une résistance à la corrosion par piqûres nettement supérieurs à ceux du film passif développé naturellement. Il a été constaté que la méthode de polarisation potentiodynamique cyclique dans les deux conditions entraînait la formation d'un film d'oxyde passif possédant un potentiel de circuit ouvert et une résistance à la corrosion par piqûres significativement supérieurs à ceux du film passif développé naturellement. En outre, les résultats des tests de potentiel de circuit ouvert et de polarisation potentiodynamique montrent que le film passif formé par polarisation potentiodynamique cyclique dans une solution aérée de NaNO3 0.1 M présente un potentiel de circuit ouvert et une résistance à la corrosion par piqûre supérieurs à ceux du film formé dans une solution de NaNO3 0.1 M desaérée. Il a été observé que l'oxygène dissous avait un effet positif sur la passivation de l'acier inoxydable 316L dans des conditions de polarisation potentiodynamique cyclique. La surface en acier inoxydable 316L passivée pendant 200 balayages dans une solution aérée de NaNO3 0,1 M présentait les améliorations les plus importantes: potentiel de circuit ouvert maximum (141,77 mVSCE) et élimination complète de la corrosion par piqûre dans une solution de PBS 0.1 M à 22°C
Estimation of EMG-torque dynamics with application to time-varying ankle joint stiffness identification
No full textThis thesis uses system identification techniques to study two input-output relations important to human ankle biomechanics. First, it investigates the relation between the surface ElectroMyoGram (EMG) and torque and derives a comprehensive model for non-stationary isometric contractions. The ability of the resulting EMG-torque model to predict torque accurately has many important applications. Second, it examines Joint stiffness dynamics during time-varying isometric contractions. Stiffness dynamics describe the neuromechanical properties of a joint and has two components: (a) intrinsic stiffness due to the mechanical properties of the joint, muscles and tissues; and (b) reflex stiffness due to stretch reflex mechanisms. Stiffness dynamics are nonlinear and change significantly with joint position and activation level. This thesis quantifies the functional dependency of joint stiffness dynamics on activation level during isometric, time-varying contractions.The first part of this thesis, which characterizes the dynamic relationship between surface EMG and torque, makes four important contributions: (a) It shows that during voluntary contractions the EMG contains a torque-feedback component, so that closed-loop methods must be used to estimate the EMG-torque relation accurately. (b) It demonstrates that linear EMG-torque models change with the mean level of voluntary torque and the rate at which it is modulated. (c) It develops and validates a novel, closed-loop, nonlinear identification method for Hammerstein systems. (d) It uses this method to estimate a single Hammerstein system that models EMG-torque dynamics over a wide range of contraction levels.The second part of the thesis examines changes in joint stiffness with torque using a Parameter Varying (PV) approach to model the stiffness dynamics as a function of voluntary torque. The PV approach models the nonlinear behaviour of a system using a model structure whose parameters vary with one or more scheduling variables (SVs). The resulting PV model can predict the stiffness dynamics response to novel torque trajectories. Moreover, this approach provides a coherent representation of the joint biomechanics where the systematic changes are related to variables within the neuromuscular system. It demonstrates that both intrinsic and reflex stiffness change greatly with voluntary torque. Thus, (a) the intrinsic elasticity increases monotonically with muscle contraction level; and (b) the relative contribution of reflex stiffness is largest at low contraction levels and its role remains moderate at high contraction levels.Taken together, these findings greatly improve our ability to model two important biomechanical relations. The ability to predict torque accurately from EMG has a wide range of applications in clinical biomechanics, rehabilitation, and motor control studies. Secondly, the PV stiffness models provide the ability to predict how stiffness changes throughout the execution of dynamic task. Thus, together, the identification methods used in this thesis provide valuable tools for the objective and quantitative assessment of neuromuscular performance and motor function.Cette thèse utilise des techniques d'identification de systémes pour étudier deux relations entrées-sorties importantes pour la biomécanique de la cheville humaine. En premier lieu, elle étudie la relation entre la surface ElectroMyoGram (EMG) et le moment de torsion et élabore un modéle complet pour les contractions isométriques non-stationnaires. La capacité du modèle de EMG-moment de torsion résultant à prédire le moment de torsion avec précision a de nombreuses applications importantes. Deuxièmement, elle examine Dynamique de rigidité articulaire lors de contractions isométriques variant dans le temps. La dynamique de rigidité articulaire décrit les propriétés neuromécaniques d'une articulation et a deux composants: (a) la rigidité intrinsque qui est due aux propriétés mécaniques de l'articulation ainsi que des muscles et des tissus; et (b) la rigidité réflex générée par réflexe ostéotendineux. Les dynamiques de rigidité sont nonlinéar et changer de manière significative avec position conjointe et niveau d'activation. Cette thése quantifie la dèpendance fonctionnelle de la dynamique de la rigidité articulaire au niveau d'activation lors de contractions isométriques variant dans le temps.La première partie de cette thèse, qui caractérise la relation dynamique entre l'EMG de surface et le moment de torsion, fait quatre contributions importantes : (a) Elle montre que lors des contractions volontaires, l'EMG contient une composante de réaction en moment de torsion, de sorte que des méthodes en boucle fermée doivent être utilisées pour estimer avec précision la relation entre le EMG et le moment de torsion. (b) Elle démontre que les modèles de EMG-moment de torsion linéaires changent avec le niveau moyen du couple volontaire et la vitesse à laquelle il est modulé. (c) Elle développe et valide une nouvelle méthode d'identification non- linéaire en boucle fermée pour les systèmes de Hammerstein. (d) Elle utilise cette méthode pour estimer un système Hammerstein unique qui modélise la dynamique du EMG-moment de torsion sur une large plage de niveaux de contraction.La deuxième partie de la thèse examine les modifications de la rigidité des articulations avec les niveaux de contraction volontaire en utilisant une approche paramètre variable (PV) pour modéliser la dynamique de la rigidité en fonction de moment de torsion. L'approche PV modélise le comportement non linéaire d'un systéme à l'aide d'une structure du modèle dont les paramètres varient avec une ou plusieurs variables de planification (SV). Le modèle PV résultant peut prédire la réponse dynamique de la rigidité à de nouvelles trajectoires de moment de torsion. De plus, cette approche fournit une représentation cohérente de la biomécanique articulaire où les changements systématiques sont liés à des variables du système neuromusculaire. Cela démontre que la rigidité intrinsèque et réflexe change considérablement avec les niveaux de contraction volontaire. Ainsi, (a) l'élasticité intrinsèque augmente de fa¸con monotone avec le niveau de contraction musculaire; et (b) la contribution relative de la rigidité réflexe est la plus grande aux niveaux de contraction faibles et son role reste modéré aux niveaux de contraction élevés.Pris ensemble, ces résultats améliorent grandement notre capacité de modéliser deux relations biomécaniques importantes. La capacité de prédire avec précision lien entre l'EMG et le moment de torsion a de nombreuses applications dans les études de biomécanique clinique, de rééducation et de contrôle moteur. Deuxièmement, les modèles de rigidité PV permettent de prédire comment la rigidité change tout au long de l'exécution d'une tâche dynamique. Ainsi, ensemble, les méthodes d'identification utilisées dans cette thèse fournissent des outils précieux pour l'évaluation objective et quantitative de la performance neuromusculaire et de la fonction motrice
Michel Henry's ontology of corporeal self-knowledge: an interpretation of Philosophie et phénoménologie du corps
No full textIn this thesis, Michel Henry's doctrine of bodily self-knowledge is comprehended and articulated, and placed within the context of his ontology of subjectivity. This is completed through an account of the first section of L'essence de la manifestation and the establishment of the context of Maine de Biran's work. As regards the latter, I triangulate Biran's reading of Kant with Henry. This is followed by an exposition of the section of Philosophie et phénoménologie du corps that bear on corporeal self-knowledge. It is argued that the content and purposes of the body in Henry's early work is not an incidental application to a new topical foci, but rather serves a central conceptual purpose as the completion of L'essence de la manifestation, whereby the subjective body is the concrete content of subjectivity. Finally, the importance of this early work for Henry's latter theological trilogy — in particular Incarnation — is suggested as a direction for future work.Dans cette thèse, la doctrine de l'auto-connaissance corporelle de Michel Henry est saisie et exprimée, ainsi qu'elle est située dans le contexte de son ontologie de la subjectivité. Ceci est fait à travers une explication de la première section de L'essence de la manifestation et du contexte de l'oeuvre de Maine de Biran. En ce qui concerne Maine de Biran, je triangule son interprétation de l'oeuvre de Kant avec Henry. Ceci est suivi d'une exposition de la section de Philosophie et phénoménologie du corps qui porte directement sur la question du l'auto-connaissance corporelle. Cette thèse soutient que le contenu et l'objet du concept du corps dans les premiers écrits de Henry n'est pas une application accessoire de L'essence de la manifestation au nouveau sujet, mais fonctionne plutôt comme son achèvement, où le corps subjectif est défini comme le contenu concret de la subjectivité. Finalement, l'importance des premiers écrits de Henry pour sa trilogie théologique, notamment Incarnation, est proposé comme une question pour les travaux futurs
Perception and detection of occlusion-stereopsis conflicts in stereoscopic imagery
No full textThe image production process of the stereoscopic cinema industry can introduce inconsistencies between the left and right views and conflicts of depth cues. These defects cause binocular rivalries or force the human visual system to adopt extreme configurations, both of which are very detrimental to the viewers' quality of experience. To reduce the probability of defects, extensive quality control must be exercised. However, the large volume of images to verify and the subtlety of defects in stereoscopy makes manual quality control a daunting and error-prone task. To cope with these issues, the proposed technique makes use of the half-occlusion geometry. Half-occlusions are the regions of a binocular image which are only visible to one eye. The width and position of these regions convey important depth ordering information that can be efficiently used in the detection of defects. A series of rules dictating the validity of the half-occlusion geometry are defined; a validity which is a corollary to the consistency of occlusion and stereopsis depth cues. Psychophysical experiments demonstrate that human viewers who look more often at half-occluded regions are better at detecting pseudoscopy (one of the targeted defects). These experiments also show that the perception of defects is stronger when the total area of invalid geometry in half occlusions is increased. Knowing that the area of invalid half occlusion influences the perception of the defects allows to orient corrective actions where they are the most needed. The geometrical rules of half-occlusions are implemented in a machine vision framework that unifies the detection of a vast array of defects in stereoscopic imagery. The efficacy of this framework is demonstrated for nine defect categories. The performance is described quantitatively for global pseudoscopy, local pseudoscopy, rotoscopy mismatches and window violations. A qualitative demonstration is also provided for five additional defect categories: layer ordering errors, focal length mismatch, temporal mismatch, visual mismatch and vertical misalignment. Methods for reducing noise in the disparity maps (and its impact on our measurements) are presented. And finally, a prototypal implementation was successfully tested in the field, within a popular compositing software suite. The obtained results suggest that using half occlusion geometry is a fast and reliable method to assess the validity of stereoscopic imagery, a technique which might also find interesting uses in other stereo computer vision tasks.Les processus de production d'images de l'industrie du cinéma stéréoscopique peuvent introduire des incohérences entre les points de vue de gauche et de droite et des conflits entre les indices de profondeur. Ces défauts provoquent l'antagonisme binoculaire ou forcent le système visuel à adopter une configuration extrême, deux phénomènes qui impactent négativement la qualité de l'expérience en salle. Pour réduire la probabilité de ces défauts, un contrôle qualité approfondi doit être exercé. Cependant, le grand volume d'images à vérifier et la subtilité des défauts en stéréoscopie font du contrôle qualité manuel une tâche colossale et sujette à l'erreur.Pour faire face à ces problèmes, la technique proposée utilise la géométrie des semi-occlusions. Les semi-occlusions sont les régions d'une image binoculaire qui ne sont visibles que d'un seul œil. Il est possible de tirer de la largeur et de la position de ces régions une indication de l'ordre des objets en profondeur. Ces régions peuvent donc être utilisées efficacement pour la détection de défauts. Une série de règles dictant la validité de la géométrie des semi-occlusions sont proposées; une validité qui est corolaire à la cohérence des indices de profondeur d'occlusion et de profondeur stéréoscopique.Une série d'expériences psychophysiques ont permis de démontrer que les sujets humains qui regardent plus souvent les semi-occlusions sont mieux à même de détecter la pseudoscopie (un des défauts ciblés). Ces expériences montrent également que les défauts apparaissent plus importants lorsque la surface totale de la géométrie invalide des semi-occlusions est augmentée. Sachant que l'aire des semi-occlusions invalides influence la perception des défauts, il est possible d'orienter les actions correctives là où elles sont le plus nécessaires.Les règles géométriques des semi-occlusions ont été implémentées au sein d'un logiciel de vision par ordinateur qui unifie la détection d'un vaste éventail de défauts. L'efficacité de ce logiciel est démontrée pour neuf catégories de défauts. La performance est décrite quantitativement pour la pseudoscopie globale, la pseudoscopie locale, les asymétries de rotoscopie et les violations de fenêtre. Une démonstration qualitative est également fournie pour cinq catégories de défauts supplémentaires: les erreurs d'ordonnancement des objets en profondeur, la non-concordance de la distance focale entre les points de vue, la désynchronisation des caméras, l'incohérence visuelle et les déficiences de l'alignement vertical. Des méthodes de réduction du bruit de disparité (et de l'impact du bruit sur nos mesures) sont présentées. Et finalement, une implémentation prototypale a été testée avec succès dans un contexte industriel, au sein d'une suite logicielle de composition d'image.Les résultats obtenus suggèrent que l'utilisation de la géométrie des semi-occlusions est une méthode rapide et fiable pour évaluer la validité de l'imagerie stéréoscopique, une technique qui pourrait également trouver des utilisations intéressantes dans d'autres tâches de vision stéréoscopique
Smart applications with enriched sensors on mobile devices
No full textEmpowered by embedded sensors with increasing variety and precision, mobile devices like smart phones and smart watches are gifted with unprecedented capabilities. With the proliferation of these devices, new applications emerge spanning from health assistance to activity profiling. Novel solutions for existing mobile computing problems also become possible.Inspired by the versatile sensors, this thesis seeks to take full use of them to address two problems: indoor localization and text-entry on the smart watch, and proposes LocMe and SHOW, respectively.LocMe provides a new perspective of solving the indoor localization problem without the requirement of any infrastructure. By sensing the user's locomotion states and synergizing the new locomotion-constraint with the classic wall-constraint in a particle filter, it achieves better convergence and accuracy than existing wall-constraint only methods, with negligible extra complexity. Our field tests show that LocMe can achieve a median localization error of1.1 m, which is over 68% lower than the localization algorithm with only the wall-constraint under the same test conditions.SHOW senses the user's wrist movement with a smart watch to recognize his/her handwritings, hence enables a novel text-entry method. By implementing rotation injection, SHOW manages to use real hand-writing traces as seeds to automatically generate quantities of traces which are both effective and robust for training purposes. Our experimentsshow that SHOW can effectively generate 60 traces from a single real handwriting trace and achieve high accuracy at 99.9% when recognizing the 62 different characters written by 10 volunteers. Furthermore, having more screen space after removing the virtual keyboard, SHOW can display 4x candidate words for autocompletion. Aided by the toleranceof character ambiguity and accurate character recognition, SHOW achieves over 70% lower mis-recognition-rate, 43% lower no-response-rate in both daily and general purposed text-entry scenarios, and 33.3% higher word suggestion coverage than the tap-on-screen method using a virtual QWERTY keyboard.Dotés de capteurs intégrés de plus en plus variés et précis, les appareils mobiles tels que les téléphones intelligents et les montres intelligentes sont dotés de capacités sans précédent. Avec la prolifération de ces dispositifs, de nouvelles applications vont de lassistance sanitaire au profilage dactivité. De nouvelles solutions pour les problèmes informatiques existants deviennent également possibles.Inspirée par les capteurs polyvalents, cette thèse vise à les utiliser pleinement pour résoudre deux problèmes: la localisation en intérieur et la saisie de texte sur smart watch, et proposer respectivement LocMe et SHOW.LocMe fournit une nouvelle perspective pour résoudre le problème de localisation en intérieur sans lexigence de toute infrastructure. En détectant les mouvements de lutilisateur et en synergisant la nouvelle contrainte de locomotion avec une paroi de contrainte classique dans un filtre à particules, il obtient une meilleure convergence et précision que les méthodes existantes de contraintes murales, avec une complexité supplémentaire négligeable. Nos tests sur le terrain montrent que LocMe peut atteindre une erreur de localisation médiane de 1,1m, soit plus de 68% inférieure à lalgorithme de localisation avec seulement la contrainte de paroi dans la même condition de test.SHOW détecte le mouvement du poignet de lutilisateur avec une montre intelligente pour reconnaître son écriture manuscrite, permettant ainsi une nouvelle méthode de saisie de texte. En implémentant linjection de rotation, SHOW parvient à utiliser des traces réelles décriture manuscrite comme des semences pour générer automatiquement des quantités de traces à la fois efficaces et robustes à des fins de formation. Nos expériences montrent que SHOW peut effectivement générer 60 traces à partir dune seule trace décriture réelle et atteindre une grande précision à 99,9% en reconnaissant les 62 caractères différents écrits par 10 volontaires. De plus, avec plus despace sur lécran après avoir supprimé le clavier virtuel, SHOW peut afficher 4x mots candidats pour lauto-complétion. Grâce à la tolérancede lambiguïté des caractères et à la reconnaissance précise des caractères, SHOW atteint un taux de nonreconnaissance inférieur de plus de 70%, un taux de non-reconnaissance de 43% dans les scénarios quotidiens et généraux et un taux de 33,3% de plus dans la couverture de mots suggérés que la méthode tap-on-screen en utilisant un clavier virtuel QWERTY
Effect of half gap/overlap defects on the strength of composite structures fabricated with automated fiber placement methods
No full textThe Automated Fiber Placement (AFP) process has gained traction as an efficient manufacturing method for advanced composite materials. While AFP methods offer benefits through automation, certain defects inherent to the manufacturing method are induced such as gaps and overlaps. Thus, accurate characterization of defects and an understanding of their effects on the failure mechanisms are crucial in determining design allowables. This work encompasses finite element simulations and experimental work aimed at assessing the effect of side-to-side gaps and overlaps due to misalignment of fiber tows on the tensile performance. Different configurations of gaps/overlaps were examined and compared to pristine composite equivalents in order to determine strength knockdown factors. It was found that the effects of these defects depend on their angles, and their configurations. While some cases have minimal and possibly negligible effects, others need to be considered. Most configurations stay below 5% reduction in strength. However, two extreme configurations reached around 10% reduction. This paper gives a good general idea of the behaviour of laminates with half gap/overlap defects, but it is not conclusive and further work needs to be done to gather more data and improve the finite element model.Le processus de placement de fibre automatisé AFP (Automated Fibre Placement) est devenu une méthode de fabrication efficace pour les matériaux composites avancés. Bien que les méthodes AFP offrent des avantages grâce à l'automatisation, certains défauts inhérents au procédé de fabrication sont induits, pour exemple ; des gaps et des overlaps. Une caractérisation précise des défauts et une compréhension de leurs effets sur les mécanismes de défaillance sont cruciales pour déterminer les tolérances de conception. Ce travail comprend des simulations par éléments finis et des travaux expérimentaux visant à évaluer l'effet des gaps et overlaps, créer par désalignement des fibres, sur la performance sous tension. Différentes configurations de gap /overlap ont été examinées et comparées à des équivalents composites sans défauts afin de déterminer les facteurs de réduction de résistance. Il a été constaté que les effets de ces défauts dépendent de leurs angles et de leurs configurations. Certains cas ont des effets minimes et probablement négligeables, mais d'autres doivent être pris en compte. La plupart des configurations restent en dessous de 5% de réduction de la force. Cependant, deux configurations extrêmes ont atteint environ 10% de réduction. Ce document donne une bonne idée générale du comportement des composite avec des défauts de demi gap/overlap, mais il n'est pas concluant et des travaux supplémentaires sont nécessaires pour collecter plus de données et améliorer le modèle des éléments finis