In this paper, artificial intelligence tools are implemented in order to predict trajectory positions, as well as channel performance of an optical wireless communications link. Case studies for industrial scenarios are considered to this aim. In a first stage, system parameters are optimized using a hybrid multi-objective optimization (HMO) procedure based on the grey wolf optimizer and the non-sorting genetic algorithm III with the goal of simultaneously maximizing power and spectral efficiency. In a second stage, we demonstrate that a long short-term memory neural network (LSTM) is able to predict positions, as well as channel gain. In this way, the VLC links can be configured with the optimal parameters provided by the HMO. The success of the proposed LSTM architectures was validated by training and test root-mean square error evaluations below 1%.
LINK
Concept cartoons (Naylor & Keogh, 1999, 2012; Naylor et al., 2007) worden vaak gebruikt om leerlingdenkbeelden te diagnosticeren en leerlingen aan het redeneren te krijgen met begrippen. Concept cartoons kunnen leerlingen ook aanzetten tot het bedenken van experimenten om het verschijnsel in de cartoon nader te onderzoeken en vervolgens de resultaten te gebruiken bij redeneren over dat verschijnsel. In zes lessen met drie concept cartoons onderzochten we in hoeverre basisschoolleerlingen zonder eerdere ervaring met praktisch werk in de wetenschap- en technieklessen in staat zijn experimenten te bedenken waarbij zij de resultaten gebruiken om hun argumenten te onderbouwen. Welke problemen doen zich daarbij voor? Het onderzoek werd uitgevoerd in een klas met 29 leerlingen van groep 7 in Amsterdam. Het onderwijsproces en de opbrengst werden gedocumenteerd door middel van video- en audio-opnames, observatieverslagen, individuele werkbladen en groepswerkbladen van de leerlingen. Het kost de leerlingen weinig moeite om experimenten te bedenken om het verschijnsel in de cartoon nader te onderzoeken, maar de onderzoeksvaardigheden die leerlingen daarbij nodig hebben ontbreken in meer of mindere mate. Bij de uitvoering worden de oorspronkelijke onderzoeksvraag van de kinderen zelf en het oorspronkelijke ontwerp van het experiment nogal eens vergeten, en leveren de experimenten andere kennis op dan bedoeld in de oorspronkelijke onderzoeksvraag. De cartoons bleken ook duidelijk te verschillen in hun potentie om productief onderzoek te genereren. De docent kan het gebruik van concept cartoons in de lessen op een hoger niveau brengen door zorgvuldig te overwegen wanneer welke cartoon te gebruiken en hoe de cartoon in te zetten om welke vaardigheden te ontwikkelen, maar ook door de discussie, het proces van het ontwerpen van de experimenten, het documenteren van resultaten in logboek of werkblad en het gebruiken van bewijsmateriaal in redeneringen te begeleiden en daarin leerlijnen uit te zetten.
MULTIFILE
Er is in Nederland een duidelijke tendens naar het plaatsen van zonne-energiesystemen in de gebouwde omgeving, in plaats van grote installaties in het landelijk gebied. Onderdeel van deze ambitie is het maximaal benutten van de gehele gebouwschil voor energie-opwekking. In dit project is gericht op transparante dakdelen. Een glazen dak is transparant voor zonlicht en isolerend voor warmte. Daardoor kan de warmtelast in de binnenruimte op warme, zonnige dagen flink oplopen, waardoor ruimtekoeling nodig is. Door gebruik te maken van een semi-transparant, laag-geconcentreerd zonnestroomsysteem, kunnen bovenstaande punten simultaan worden aangepakt. Door gebruik te maken van een lenssysteem in plaats van een regulier transparant bouwdeel, wordt een deel van het zonlicht gefocusseerd naar een kleine collector waarmee lokaal energie opgewekt wordt. Doordat een deel van het licht wordt weggenomen wordt de warmtelast gereduceerd, waardoor minder koeling nodig is. Het resterende deel van het licht blijft beschikbaar voor natuurlijke binnenverlichting. Er is een prototype systeem van 2 m2 ontworpen en vervaardigd waarin deze principes zijn toegepast. Het systeem is te zien in figuur 1a. We zijn hierbij zoveel mogelijk uitgegaan van inkoop extrusieprofielen en andere inkoop onderdelen. Om de zonne-energie collector gedurende de dag en het jaar in de focuslijn van de lens te houden is gebruik gemaakt van een spelingsvrij spindelsysteem, aangedreven door een steppermotor en geregeld door een zonne-volg routine die we in dit project ontwikkeld hebben. Het systeem is in winkelcentrum Overvecht in Utrecht onder het glasdak geplaatst voor een praktijktest in de maanden april – juni 2021. Op basis van de resultaten is bepaald dat het toepassen van speciale silicium zonnecellen die geschikt zijn voor geconcentreerd licht, een betere optie voor dit systeem zijn dan commercieel verkrijgbare, hoogefficiënte ‘triple junctie’ concentrator zonnecellen. Wanneer deze silicium zonnecellen worden toegepast is de bevinding dat het uiteindelijk beoogde product bij een gemiddelde zoninstraling en de dakhelling van winkelcentrum Overvecht een vermogen van ongeveer ongeveer 24,3 W/m2 elektrische energie en 45,8 W/m2 thermische energie heeft. Bij een gunstiger dakhelling zou dit tot een factor 1,4 kunnen toenemen. Een ontwerp voor het uiteindelijk beoogd product is gemaakt en weergegeven in figuur 1b. Op basis van een techno-economische analyse van deze verbeterde versie van het LCPV dak wordt de terugverdientijd onder ideale condities geschat op 8 tot 9 jaar.
