The rapid growth of data-intensive applications such as edge computing, artificial intelligence and the Internet of Things is pushing the limits of conventional CMOS electronics. In these systems, static leakage currents increasingly dominate power consumption. Nanoelectro-mechanical (NEM) switches are promising candidates for beyond-CMOS electronics due to their near-zero off-state leakage, abrupt switching characteristics, and robustness under extreme operating conditions, offering a route to dramatically reduce static power dissipation in future integrated circuits. However, practical NEM-based systems require scalable device architectures, reliable switch contacts, and CMOS-compatible integration strategies. This thesis addresses these challenges through the realization and integration of a CMOS-compatible NEM switch device library within commercial CMOS foundry platforms. The work investigates three complementary NEM switch architectures for logic and memory applications: a volatile three-terminal (3-T) switch, a volatile four-terminal (4-T) switch with decoupled actuation and signal paths, and a non-volatile seventerminal (7-T) switch. Building upon concepts established in earlier research within our group, the 3-T and 7-T devices are miniaturized and optimized through systematic studies of beam geometry and contact materials for low-voltage operation and improved switching behavior. A major contribution of this thesis is the optimization and experimental realization of the 4-T architecture, enabling body-bias-assisted reduction of the pull-in voltage and advanced circuit configurations. Two CMOS-compatible integration approaches are developed and experimentally validated: (1) Monolithic integration within the IMEC iSiPP50G silicon photonics SOI foundry platform, and (2) heterogeneous 3-D integration within the X-FAB XI10 SOI CMOS process. The first method enabled co-fabrication of all three NEM switch architectures on a single commercial foundry chip for the first time. Electrical characterization confirms volatile switching in the 3-T and 4-T devices, pull-in voltage reduction in the 4-T switch through body biasing, and both volatile and nonvolatile operation in the 7-T switch through contact engineering. However, in this approach, circuit scalability is limited by routing density inherent to planar integration, while Au contact stiction constrains switch reliability. The second approach addresses these limitations by vertically integrating the NEM device layer above the completed back-end-of-line (BEOL) through heterogeneously 3-D integration. This architecture alleviates routing constraints and improves device reliability using Ruthenium (Ru) switch contacts. Ru-coated devices demonstrate substantially improved cycling endurance, and a complementary inverter implemented with Ru-coated 3-T switches validates the feasibility of functional BEOL-integrated NEM circuits.

Barn som lever med långtids-trakeostomi utgör en växande population som har tillkommit genom en ökad överlevnad och därmed möjlighet att leva med alltmer komplexa tillstånd. Denna utveckling antas vara en följd av parallella framsteg, innovationer och forskning inom hälso- och sjukvård samt teknik. Många komplexa tillstånd förlitar sig på kontinuerliga livsuppehållande insatser i form av både vård och teknologi för att upprätthålla och stödja hälsa och överlevnad. Dessvärre har ett stagnerat perspektiv och fokus medfört att utveckling, innovation och forskning fortsatt har prioriterats mot överlevnaden av dessa komplexa tillstånd, snarare än att leva med tillstånden och de krav de medför. I familjer där barn lever med trakeostomi tar föräldrarna ofta ansvar för och tillgodoser deras barns dagliga vårdbehov, särskilt när vård och vardagsliv flyttar in i hemmet och ges med stöd av personliga assistenter. Dessa familjers erfarenheter är viktiga att utforska och belysa för att bygga kunskap och förståelse om det system de förlitar sig på och existerar inom.

Denna avhandling syftar till att analysera avgörande aspekter och interaktioner på systemnivå i dessa familjers vardag genom att skapa förståelse för hur interaktioner mellan människa, teknik och organisation formar och påverkar säkerhet och hållbarhet i deras vardag och vårdgivande. Teoretiskt grundas avhandlingen i MTO‑konceptet (Människa–Teknik–Organisation), det salutogena perspektivet på hälsa genom KASAM (Känsla av sammanhang och mening) samt ett ramverk för domesticering och dess process mellan människa och teknik. Avhandlingen omfattar fyra delstudier, varav tre intervjustudier och en litteraturöversikt. Till studie I och II rekryterades föräldrar till barn med trakeostomi från Sveriges enda långtidsintensivvårdsavdelning för barn för intervjuer. Studie I använde grundad teori för att analysera hur dessa föräldrar adapterade till föräldraskapet. Studie II använde deskriptiv fenomenologi för att utforska föräldrarnas levda erfarenhet i vardagen. Den tredje studien (studie III) var en kartläggande litteraturöversikt som syftade till att beskriva vilka säkerhetsrisker, incidenter och negativa händelser för barn som lever med trakeostomi som har beskrivits i tidigare publicerad forskning, och hur dessa har beskrivits. Till den fjärde studien (studie IV) rekryterades föräldrar, personliga assistenter och sjukvårdspersonal via sociala medier och intresseorganisationer för intervjuer. Studie IV använde ramverket för domesticering i en abduktiv analys med stöd av reflexiv tematisk analys i syfte att beskriva hur trakeostomin domesticeras i dessa familjers vardag.

Avhandlingen identifierar den till stora delar förbisedda, men föräldraformande, perioden av intensivvård innan trakeostomin. En period som ofta präglas av otillräckligt synliggörande av de erfarenheter och upplevelser som familjerna gör samt ett bristande stöd. Efter trakeostomin omorganiseras vardagen kring tekniken och barnets beroende, vilket kräver att föräldrar är aktivt närvarande och delaktiga i alla sammanhang och interaktioner med det omgivande samhället för att säkerställa säkerhet, möjliggöra delaktighet och förmedla interaktion inom systemet. Tidigare forskning relaterad till säkerhet har varit fragmenterad och med snäv inriktning och avgränsning, vilket har bidragit till svårigheter att avgöra var risker och negativa händelser uppstår ifrån. Dessa förhållanden pekar mot ett behov av ett bredare och mer diversifierat perspektiv för att identifiera risker och möjliggöra effektiva åtgärder. Avhandlingen beskriver också att trakeostomin domesticerar familjer, hemmet och rutiner, samtidigt som familjerna har begränsat inflytande över trakeostomin och själva tekniken. Även om föräldrar utvecklar både expertis, teknisk skicklighet och bemästrar sitt barns vård i hemmet, erkänns denna expertis sällan systematiskt, bortsett från enskild personal inom hälso- och sjukvård. Det system som dessa familjer nu existerar inom har visat sig både ineffektivt och riskfyllt, vilket kräver skyndsamma, samskapade interventioner som sätter familjernas levda erfarenheter och behov i centrum. Detta innebär ett skifte ifrån ett system som förlitar sig och ställer krav på föräldrar till att i stället införa systemanpassningar som meningsfullt stödjer familjer.

Avhandlingen erbjuder ett systemperspektiv och en redogörelse främst från dessa föräldrars perspektiv, och argumenterar för att tidigare forskning ofta har förbisett det sociotekniska system som dessa familjer är beroende av, och som i sin tur är beroende av dessa familjer. Avhandlingen gör gällande att systemets funktion i praktiken vilar på föräldrar och familjer till barn som lever med trakeostomi, vilka kontinuerligt måste kompensera för systembrister, samtidigt som de ger den livsuppehållande vård deras barn behöver, och hanterar de livshotande risker som trakeostomin medför. Dessa tidigare förbisedda förutsättningar förflyttar föräldrarnas insatser och fokus ifrån barnet till att i första hand upprätthålla systemets drift, stabilitet och funktion. Systemets beroende av föräldrar låser i praktiken in föräldrar i rollen som systembuffertar för att säkerställa sina barns hälsa och överlevnad. En modifierad MTO‑modell introduceras och illustrerar tidigare outtalad systemkomplexitet, ömsesidiga beroendeförhållanden och relationer, samt erbjuder ett nytt systemperspektiv. Ett system som förlitar sig på föräldrar är enskilt ansvariga för sina trakeostomerade barns överlevnad, säkerhet och hälsa är ohållbart, för samtliga inblandade människor, för samtliga aktörer och intressenter, samt för systemet självt. De trakeostomerade barnen befinner sig i den allra mest sårbara positionen, utsatta för livshotande risker och konsekvenser om de inte får den livsuppehållande vård och det stöd de förlitar sig på.

Groundwater is a vital resource that supports ecosystems, agriculture, and human societies. Effective aquifer characterization and monitoring is crucial for sustainable groundwater management, particularly in the context of growing pressure from population growth, climate change, and increasing water demand. This thesis explores the integration of physics-based modeling and data-driven techniques to enhance the monitoring of shallow aquifers using seismic data. Building on Biot's poroviscoelastic theory, this work simulates wave propagation in porous media and develops a neural network-based inversion framework to determine aquifer parameters, including the water table level, porosity, and water volume. The forward model employs discontinuous Galerkin method to solve a coupled poroviscoelastic–viscoelastic model with complex three-dimensional geometries, thus enabling the generation of high-fidelity synthetic seismic datasets. The characterization process begins with a data preparation step, and a deconvolution-based model is used to normalize source effects. This model is introduced in order to remove source-wavelet effects and, as a result, ensure that the neural network analyzes only subsurface responses. Fully connected real-valued and complex-valued neural networks are employed to identify the mappings between seismic waveforms and aquifer parameters. The performance of the model is tested against both synthetic and real seismic data. The model is validated with real data through controlled field experiments at the Laukaa test site in Finland. Transfer learning techniques are implemented to bridge the synthetic-to-real domain gap, thus enhancing the generalizability of the model under limited labeled field data. Furthermore, SHapley Additive exPlanations (SHAP) are used to identify the most informative seismic receivers that have the potential to optimize sensor layouts. The results suggest that combining advanced numerical wave simulations with machine learning can enable efficient groundwater monitoring. The proposed framework also contributes to geophysical inversion tools that integrate physical modeling with deep learning for the assessment of sustainable groundwater resources.

Somatiska friheter utgör grunden för en etisk forsknings- och designansats där kroppen förstås som en levande, förkroppsligad och subjektiv helhet. Synsättet utgår från att etik är förankrad i våra kroppar och levda erfarenheter, och formas i nära samspel med mellanmänskliga, sociokulturella och politiska relationer. Etisk förkroppsligad kunskap är ofta implicit i forsknings- och designpraktik, såväl som i våra interaktioner med maskiner. I tre tvärdisciplinära konst- och designsamarbeten har jag analyserat hur förkroppsligad etik manifesteras: (i) Robots, Dance, Different Bodies, (ii) Embrace Angels och (iii) How to Train Your Drone. Jag har undersökt hur olika etiska förhållningssätt kan ge upphov till friktioner som, när de bearbetas, öppnar för djupare former av samhörighet; hur sådana spänningar kan fungera som brobyggande mellan olika disciplinära praktiker; samt hur maskiner kan utformas för att stödja kroppars rörelse mot etisk transformation.

Projekten visar hur somatiska friheter kan förstås som ett etiskt åtagande som tar sin utgångspunkt i kroppen och dess levande, materiella och förkroppsligade strävan efter förändring och transformation. Detta innebär ett åtagande att skapa förutsättningar för förändring, att utvidga kroppars möjligheter till transformation och att underlätta processer genom vilka kroppar förändrar sina relationer till världen och därigenom också förändrar hur de definieras av dessa relationer. I de publicerade artiklarna visar jag hur sådan etisk förändring i människa–maskin-interaktioner manifesteras: etisk transformation kan uppstå som en konsekvens av förändringar i relationerna mellan kroppar och maskiner. Studierna visar vikten av att överskrida kroppens gränser i relation till den omgivande världen, och att mötet mellan oss och tekniken gör det möjligt för oss att förstå oss själva både som subjekt i rörelse och som objekt som blir fysiskt berörda. Kroppar blir därmed en del av det etiska arbetet: de kan söka bättre sätt att relatera till varandra, möta nya etiska utmaningar och röra sig mot rikare livserfarenheter.

Fordonstillverkare står inför ett ökande behov av att utveckla fordon snabbare och mer resurseffektivt. Trots att datorstödd teknik har möjliggjort en virtuell utvecklingsprocess kvarstår en utmaning i att integrera människans subjektiva bedömning. Bedömning av köregenskaper och åkkomfort är i grunden subjektiv vilket innebär att fysisk provning ofta krävs.

Körsimulatorer med rörelseplattformar möjliggör att människan kan integreras i den virtuella utvecklingscykeln och att fordonsmodeller kan utvärderas subjektivt i ett tidigt skede. Detta kan öka utvecklingstakten och minska behovet av resurskrävande fysisk provning. Effektiviteten är dock beroende av rörelseåterkopplingen (motion cueing), där fordonets rörelse måste anpassas till simulatorns begränsade arbetsutrymme. Dessa algoritmer utvecklas och utvärderas i dagsläget huvudsakligen subjektivt, vilket kräver fysiska referensdata och reducerar precisionen. Detta begränsar användbarheten i tidiga utvecklingsfaser.

Målet med detta arbete är att etablera ett objektivt angreppssätt för utvärdering och utveckling av rörelseåterkoppling via fysikaliskt tolkningsbara modeller som kombinerar fordonsdynamik, simulatordynamik och mänsklig perception. Detta innebär ett perspektivskifte där rörelseåterkopplingen blir ett representationsproblem av fordonsdynamik snarare än ett reglerproblem av simulatorn.

Avhandlingen demonstrerar att objektiv utvärdering är möjlig med hjälp av enkla linjära modeller, vilka används för att analysera rörelseåterkopplingens kvalitet samt för att bestämma placeringen av simulatorplattformens longitudinella rotationsaxel. Resultaten visar god överensstämmelse med såväl optimeringsbaserade metoder som subjektiv bedömning. Vidare visas att valet av referenspunkt för rörelsen har en första ordningens effekt på rörelseåterkopplingen och kan introducera systematiska förvrängningar. Dessutom påvisas att koordinerad lutning kan förbättra upplevelsen, samtidigt som det förändrar de upplevda fordonsegenskaperna, vilket kan orsaka problem under utvärderingar. För att bättre beskriva den mänskliga perceptionen utvidgas konventionella vestibulära modeller med huvudnackdynamik och blickstabilisering. Detta visar att rörelseåterkopplingen begränsas av kopplingen mellan visuella och inertiala signaler, och att modeller baserade enbart på vestibulär respons i ett kabinfixerat referenssystem inte är tillräckliga.

Arbetet visar vidare att fordonsrörelser kan delas upp i vägrelaterade och fordon-relativt-väg komponenter. Den vägrelaterade rörelsen är obunden och måste filtreras för att få plats i simulatorns arbetsutrymme, medan fordon-relativt-väg rörelsen i allmänhet är begränsad av fordonsdynamiken och därmed kan återges med högre noggrannhet. Detta möjliggör selektiv filtrering av rörelseåterkopplingen, till skillnad från konventionella metoder där samtliga tillstånd filtreras tillsammans. Med detta ramverk visas att en separation av avdriftsvinkelrespons från högpassfiltrerade signaler kan förbättra återgivningen av girrörelsen, samt att en separation av krängnings- och nickrörelser från väginducerad rörelse ger fördelar jämfört med både klassiska och modellprediktiva metoder. Det visas också att skalning av rörelser i sig innebär en förvrängning av fordonsdynamiken, och att en meningsfull skalning behöver bevara centrala samband mellan tillstånd, vilket leder till begränsningar för hur lateralacceleration och girhastighet bör skalas. Slutligen behandlas simulatorns begränsningar av arbetsutrymme explicit genom nåbarhetsbaserade metoder, vilket möjliggör objektiv offlineanpassning av rörelseåterkopping inom det tillgängliga arbetsutrymmet.

Genom att analysera hur rörelseåterkopplingen påverkar upplevda fordonsegenskaper och föreslå förbättringar i både utvärdering och utveckling av motion cueing-strategier bidrar detta arbete till möjligheten att använda körsimulatorer för tillförlitlig utvärdering av fordonsdynamik i tidiga utvecklingsfaser

Sverige har ambitionen att uppnå ett fossilfritt elsystem, vilket kräver en omfattande utbyggnad av vindkraft, som är central i klimatstrategier, både i Sverige och Europa. Samtidigt som vindkraft är nödvändig för att minska växthusgasutsläppen och möta en ökande efterfrågan på el, innebär dess utveckling komplexa avvägningar mellan teknisk-ekonomisk genomförbarhet och socio-ekologiska konsekvenser. Dessa utmaningar kräver rumsliga planeringsansatser som integrerar olika intressentperspektiv och hanterar motstridiga mål. Dagens tillämpningar av rumslig multikriterieanalys (Spatial Multi-Criteria Analysis, SMCA) fungerar dock ofta som tekniska optimeringsverktyg snarare än som inkluderande planeringsprocesser, vilket begränsar transparens, tolkningsbarhet och praktisk användbarhet på grund av metodologisk komplexitet och underliggande antaganden. Denna avhandling syftar till att förbättra användbarheten av SMCA för lokalisering av landbaserad vindkraft i Sverige, samt att analysera hur SMCA används i dag och hur det kan vidareutvecklas. Målen är: 1) att granska SMCA-tillämpningar i vindkraftsplanering; 2) att utveckla och tillämpa REWIND-ramverket i Västernorrland; 3) att förenkla viktningen genom Ranking-Rating (RR)-metoden samt analysera SMCA-praktik genom diskussioner med intressenter i Västernorrland och Västra Götaland; och 4) att vidareutveckla socio-ekologisk och teknisk-ekonomisk utvärdering med fokus på regionerna inom Östra Mellansverige.Studien integrerar kvalitativa och kvantitativa metoder inom REWIND-ramverket, strukturerade i tre steg: scoping, design och utvärdering. Scoping omfattar identifiering och standardisering av socio-ekologiska och teknisk-ekonomiska kriterier baserat på litteratur och intressentinspel. Designsteget kombinerar GIS-baserad modellering och intressentbaserade vikter för att skapa restriktions-, lämplighets- och konfliktkartor för lokalisering av potentiella vindkraftsområden. Utvärderingssteget analyserar alternativ med hjälp av socio-ekologiska och teknisk-ekonomiska indikatorer, inklusive ickedominerad sortering, avståndsbaserad rangordning, utjämnad energikostnadoch årlig elproduktion.Resultaten visar att SMCA-tillämpningar fortfarande domineras av teknisk-ekonomiska kriterier, medan socio-kulturella och ekologiska dimensioner ofta är förenklade och svagt integrerade. REWIND-ramverket visar att ett konfliktmått ökar transparensen genom att synliggöra avvägningar och möjliggöra användardefinierade trösklar för acceptabla konfliktnivåer. Ramverket stödjer strukturerad lokalisering av vindkraft men visar samtidigt på återkommande utmaningar kopplade till datakvalitet, kriterierepresentation, viktning och osäkerhet.RR-metoden minskar komplexiteten i viktningen samtidigt som transparensen och intressentengagemanget förbättras.  Utvärderingsresultaten visar stora regionala variationer i vindkraftspotential, utan korrelation mellan teknisk-ekonomisk och socio-ekologisk prestanda, vilket indikerar att dessa representerar fundamentalt olika dimensioner av lämplighet. Analys av ledare och följare visar tydliga dominansstrukturer i vissa regioner och mer diversifierade lösningsrum i andra, med viktiga avvägningar kopplade till våtmarker och friluftsliv. Sammantaget visar resultaten att kombinationen av konfliktanalys, intressentdeltagande i viktningarna och strukturerad utvärdering ökar transparensen och stödjer en mer flexibel, kontextanpassad och hållbar vindkraftsplanering.

Mobilnät utvecklas till kritisk samhällsinfrastruktur, samtidigt som energiavtrycket, utbyggnadskostnaden och resiliensen hos radioaccessnätet (RAN) framträder som de mest angelägna designbegränsningarna på vägen mot framtida generationer av mobilnät. Modulär nätverksdesign i kombination med intelligent resursorkestrering utgör lösningen på dessa framväxande utmaningar.

Cellfri massiv MIMO (multiple-input multiple-output) bygger på koherent gemensam sändning från tätt distribuerade lågkostnadsradioenheter (RU:er) och erbjuder rättvisa mellan användarutrustningar (UE:er). Dess distribuerade natur ger den modularitet som krävs för radioaccessdelen, men effektiva ramverk för utbyggnad och nätverksorkestrering är nödvändiga för att dra nytta av denna modularitet. För att adressera denna lucka utvecklar denna avhandling ramverk för utbyggnad och resursorkestrering för cellfria massiva MIMO-nät. Arbetet är strukturerat längs tre forskningsinriktningar.

Den första inriktningen behandlar effektiv radioutbyggnad för cellfria massiva MIMO-nät. Strålföljningsbaserad (ray tracing) propagationsmodellering vid 28, 39 och 60 GHz millimetervågskanalen under olika geometrier, rammaterial och passagerarkonfigurationer. Med utgångspunkt i denna kanalmodell formuleras ett gemensamt ramverk för RU-placering och resursallokering som ett blandat heltalsoptimeringsproblem, vilket minimerar antalet utplacerade RU:er samtidigt som UE:ernas datahastighetskrav garanteras under samverkans- och förkodningsscheman för access-punkter. Numeriska resultat för ett flygplanskabinsscenario visar en minskning på 80% av antalet RU:er jämfört med en referenslösning baserad på fri sikt.

Den andra inriktningen utvecklar en end-to-end-modell för effektförbrukning samt gemensam orkestrering av radio-, fronthaul- och molnbearbetningsresurser för cell-fri massiv MIMO utbyggd över en Open RAN-arkitektur med både optisk och trådlös fronthaul. Scenariosamplingsbaserad grupp-Lasso-optimering för centraliserad förkodning och en blockkoordinatnedstigningsmetod för distribuerad förkodning minimerar gemensamt det aktiva antalet antenner, radioenheter, processorer och fronthaul-resurser. Den föreslagna orkestreringen uppnår upp till 70% end-to-end-effektbesparingar jämfört med enbart molnorkestrering, och 15% jämfört med enbart radioorkestrering. Resultaten visar att en fördelning av antenner över täckningsområdet är strukturellt mer energieffektiv än att koncentrera dem till ett fåtal platser.

Den tredje inriktningen behandlar överlevnadsförmåga i cellfri massiv MIMO och diskuterar utmaningar vid design av resilienta nät. Analysen visar att tät utbyggnad av små radioenheter är nödvändig för enkel uppkoppling under katastrofer, medan cellfri massiv MIMO dessutom möjliggör hög kapacitet i det drabbade området.

In this doctoral dissertation, I explored what design knowledge(s) could facilitate bringing More-than-Human (MTH) commitments into the design of Creative AI technology. The work is theoretically aligned with more-than-human feminist posthumanities, and frames MTH design as an emerging and alternative design paradigm to predominant human-centred design approaches in Human-Computer Interaction (HCI). The central contribution is more-than-human re-imaginaries, an approach which aims at re-configuring the design practices of Creative AI towards alternative ontologies and aesthetics by examining imaginaries. The imaginaries are materialized through methods, such as fabulation, sketching, and speculative prototyping, across five design cases. More concretely, the dissertation introduces three critiques of current design practices in Creative AI that do not support MTH design: 1) human-centred conceptualization of creativity, 2) rationalist conceptualization of ecological relations, and 3) values of self-interest that are embedded through human-centred design practices. It also provides seven pathways for ontological and aesthetic more-than-human re-designing of Creative AI: 1) more-than-human conceptualization of creativity, 2) cultivating more-than-human aligned values, 3) situated designs in specific ecologies, 4) embodied more-than-human care, 5) nonhuman cultural practices, 6) more-than-human visual aesthetics, and 7) more-than-human data practices. These seven pathways are contributed as directions for further design inquiry within MTH Creative AI. They include specific design qualities and knowledge, and work as leverage points for entering into situated and nomadic more-than-human design practices of Creative AI.

 Kraven på effektivitet och stabilitet för centrifugalkompressorer i tunga lastbilar ökar på grund av stränga, vetenskapligt baserade utsläppsmål för skadliga emissioner och den stigande kostnaden för alternativa bränslen som grön vätgas. Dessutom innebär de senaste faserna av EU:s akustiklagstiftning ytterligare utmaningar för konstruktörer som vill hantera tonbrus, särskilt bladfrekvenssignaturer (BPF), i centrifugalkompressorer. Nuvarande metoder för att karakterisera prestanda och BPF-ljud utförs huvudsakligen på stegnivå (fläns-till-fläns), vilket ger begränsad insikt för turbomaskinkonstruktörer och aeroakustiker som vill förbättra eller förnya kompressordesigner. Följaktligen finns det ett behov av att förstå aerodynamisk prestanda och aeroakustiskt beteende på komponentnivå för att underlätta optimal komponentmatchning i linje med tvärvetenskapliga krav. 

Även om prestanda på komponentnivå för centrifugalkompressorer har utforskats i litteraturen, är sådana studier vanligtvis begränsade till en enda designpunkt eller några få punkter utanför design på kompressorkartan. Medan aeroakustisk forskning har undersökt överfört brus i stor utsträckning, finns det jämförelsevis lite fokus på källkarakterisering. Kvantifiering av tonalt (BPF) brus kräver generellt kostsam prototypframställning, omfattande experimentella mätningar och arbetsintensiv dataanalys. Högpresterande simuleringar, såsom Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) eller Large Eddy Simulations (LES), kan användas för att kvantifiera BPF-brusnivåer, men dessa metoder är opraktiska under kompressorns designfas. Syftet med denna forskning är att identifiera metoder och parametrar, baserade på fysiken bakom tonalbrusgenerering, för att rangordna kompressorkonstruktioner utifrån BPF-brus under bladdesignfasen. 

Den experimentella uppställningen som används för detta arbete omfattar en aero-termodynamisk layout, inklusive en serie tryck- och temperaturmätningar på turboladdarkompressorn vid hetgasanläggningen i Traton AB. Detaljerade tryckmätningar erhölls med hjälp av Kiel-sonder, som korsades för att kvantifiera aero-termodynamisk prestanda på komponentnivå. Den akustiska experimentella metoden utvecklades i gasanläggningen, vilken inkluderar instabila trycksensorer och mikrofoner för att kvantifiera ljudtrycksnivåer (SPL) och ljudintensitetsnivåer (SWL) för både splitter- och fullbladskompressorkonfigurationer.   Detta arbete inkluderar även numeriska simuleringar med RANS-metoder (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) för att karakterisera aeroakustiska signaturer. 

Resultat från aerotermodynamiska tester och simuleringar möjliggör riktade designinsatser på specifika komponenter, såsom impeller, diffusor eller volut, och etablerar en robust grund för att undersöka de akustiska signaturerna hos kompressorkomponenter. Acoustic Crest Factor (ACF) visade en korrelation med SPL i experimentella mätningar, eftersom den kvantifierar signalimpulsivitet, den primära tvångsfunktionen för BPF-ljud vid impellers utgång. ACF kan användas för att akustiskt rangordna design för de flesta driftspunkter, förutom den positiva incidensregionen för Splitter-blade-pumphjulet, redan under designfasen, med hjälp av data från RANS-simuleringar. För att hantera begränsningarna med ACF, särskilt i den positiva incidensregionen av kompressorkartan för splitterbladsarrangemang, utvecklades nya faktorer: OSAI och QuIET. Dessa faktorer uppvisar förbättrade korrelationstrender för både splitter- och fullbladskonfigurationer. OSAI och QuIET kan användas för att rangordna nya och befintliga konstruktioner för akustisk prestanda och kan också fungera som kostnadsfunktioner i optimeringsstudier inom aerodynamik och akustik i turbomaskiner som används för olika applikationer. 

Hårt kol (HC) utgör för närvarande ett av de mest lovande anodmaterialen för natriumjonbatterier (SIB). För kommersiella tillämpningar krävs att HC-anoder uppvisar en hög initial Coulombisk verkningsgrad (ICE) och en hög reversibel kapacitet, vilka är nära kopplade till en HC-struktur med en låg öppen porvolym och en hög sluten porvolym. Parallellt kräver HC produktionsvägar med låg a energiförbrukningar och en reducerad miljöpåverkan för att stödja en cirkulär ekonomi. Emellertid baseras dagens HC-produktion huvudsakligen på konventionell resistansuppvärmd karbonisering, där värme tillförs externt och överförs indirekt till materialet. Detta leder till en hög energiförbrukning och kräver vanligtvis extrema karboniseringstemperaturer för att inducera bildning av slutna porer. Därför används ofta ytterligare kemiska behandlingar eller eftermodifieringsprocesser, vilket ytterligare ökar energibehovet och miljöpåverkan. Dessa begränsningar sammantaget hindrar den skalbara och hållbara tillämpningen av HC-anoder.

Denna avhandling syftar till att utveckla genomförbara och energieffektiva modifierings- och karboniseringsprocesser för HC-produktion för att förbättra materialresursernas cirkularitet. I detta syfte genomförs grundläggande studier som kombinerar datadriven modellering, laboratorieexperiment och processimuleringar. Avhandlingen baseras på fyra olika studier som tillsammans etablerar en systematisk förståelse av sambanden mellan process, struktur och prestanda i biomassabaserat HC samt föreslår en energieffektiv por-ingenjörsstrategi möjliggjord av bio-oljemodifiering och induktionsuppvärmd karbonisering (IC).

För det första identifieras, genom en omfattande litteraturanalys och maskininlärningsmodellering, karboniseringstemperatur och HC-struktur som de dominerande faktorerna som påverkar den elektrokemiska prestandan hos HC. Undertryckta öppna porstrukturer och låg ytdefekttäthet visar sig vara avgörande för att uppnå hög ICE, medan större interlagringsavstånd och hög sluten porvolym är gynnsamma för hög platåkapacitet. Analysen visar dessutom den inneboende begränsningen hos konventionell karbonisering när det gäller att samtidigt uppnå låg öppen porositet och främja bildning av slutna porer.

För att övervinna dessa begränsningar utvecklas en hållbar ytmodifieringsstrategi baserad på bio-olja för att minska andelen öppna porer och ytdefekter. Denna metod reducerar den specifika ytan hos HC från 28 till 9 m²/g och ökar ICE från 84,4 % till 89,9 %. Genom att kombinera bio-oljebaserad ytmodifiering utvecklas vidare en ny IC-process. IC möjliggör direkt volymetrisk uppvärmning via virvelströmmar, vilket samtidigt minimerar den öppen porositeten och främjar bildningen av slutna porer. Som ett resultat uppvisar en optimerat IC-framställd HC anod en öppen porvolym under 0,003 cm³/g och en sluten porvolym upp till 0,23 cm³/g, med mycket höga ICE-värden över 95 % samt platåkapaciteter över 260 mAh/g.

Slutligen visar energi- och livscykelanalyser att IC reducerar energiförbrukningen vid karbonisering med cirka 60 % och minskar den totala miljöpåverkan med cirka 35 % jämfört med konventionella processer. Sammantaget visar denna avhandling genom att använda kombinatione av en bio-oljemodifiering och en induktionsuppvärmd karbonisering är möjligt att åstadkomma en energieffektiv och koldioxidsnål väg för en produktion av högpresterande biomassabaserade HC-anoder, vilket stödjer en hållbar utveckling av nästa generations natriumjonbatterier.