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- Fakultät Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik (EMI) (ab 04/2019) (78)
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- ivESK - Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (12)
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Industrie 4.0 bedeutet nicht nur einen Wandel der technischen Möglichkeiten und Arbeitsbedingungen, sondern auch einen Bedarf an neuen, sich kontinuierlich weiterentwickelnden Kompetenzen und die Bereitschaft der Beschäftigten, Veränderungen mitzugestalten. Spielerische Ansätze der Kompetenzentwicklung können v.a. bei weiterbildungsfernen Mitarbeitern hilfreich sein, um das komplexe Thema verständlich zu vermitteln. Der Beitrag beschreibt ein Seminarkonzept mit integriertem Brettspiel, mit dem Teilnehmer anhand eines fiktiven Unternehmens (Müller GmbH) die Transformation eines Unternehmens in die Industrie 4.0 spielerisch nachvollziehen. Dieses Konzept erweist sich in einer ersten Evaluation als durchaus vielversprechend.
In users of a cochlear implant (CI) together with a contralateral hearing aid (HA), so-called bimodal listeners, differences in processing latencies between digital HA and CI up to 9 ms constantly superimpose interaural time differences. In the present study, the effect of this device delay mismatch on sound localization accuracy was investigated. For this purpose, localization accuracy in the frontal horizontal plane was measured with the original and minimized device delay mismatch. The reduction was achieved by delaying the CI stimulation according to the delay of the individually worn HA. For this, a portable, programmable, battery-powered delay line based on a ring buffer running on a microcontroller was designed and assembled. After an acclimatization period to the delayed CI stimulation of 1 hr, the nine bimodal study participants showed a highly significant improvement in localization accuracy of 11.6% compared with the everyday situation without the delay line (p < .01). Concluding, delaying CI stimulation to minimize the device delay mismatch seems to be a promising method to increase sound localization accuracy in bimodal listeners.
A physical unclonable function (PUF) is a hardware circuit that produces a random sequence based on its manufacturing-induced intrinsic characteristics. In the past decade, silicon-based PUFs have been extensively studied as a security primitive for identification and authentication. The emerging field of printed electronics (PE) enables novel application fields in the scope of the Internet of Things (IoT) and smart sensors. In this paper, we design and evaluate a printed differential circuit PUF (DiffC-PUF). The simulation data are verified by Monte Carlo analysis. Our design is highly scalable while consisting of a low number of printed transistors. Furthermore, we investigate the best operating point by varying the PUF challenge configuration and analyzing the PUF security metrics in order to achieve high robustness. At the best operating point, the results show areliability of 98.37% and a uniqueness of 50.02%, respectively. This analysis also provides useful and comprehensive insights into the design of hybrid or fully printed PUF circuits. In addition, the proposed printed DiffC-PUF core has been fabricated with electrolyte-gated field-effect transistor technology to verify our design in hardware.
Ausgehend von eindimensionalen reibungsfreien Strömungen wird die Bernoulli-Gleichung und die Energiebilanz hergeleitet. Mit der Eulerschen Betrachtungsweise wird der Unterschied zwischen stationären und zeitabhängigen Strömungen verdeutlicht und an zahlreichen Beispielen angewandt. Die zweidimensionalen reibungsfreien und inkompressiblen Strömungen werden mit der Potenzialtheorie behandelt. Die Lösungseigenschaften werden am Beispiel der Zylinderumströmung ohne und mit Zirkulation aufgezeigt.
Die Navier-Stokes Gleichungen bilden mit der Energiegleichung die Basis zur Beschreibung reibungsbehafteter Strömungen. Kennzahlen bilden die Grundlage der Ähnlichkeitsbetrachtungen und Modellgesetze. Lösungen werden für laminare und turbulente Strömungen ermittelt. Der Impulssatz dient zur Berechnung von Kraftwirkungen. Druckverluste bei Durchströmungen und Strömungswiderstände bei Umströmungen werden an Beispielen ermittelt. Die Grenzschichttheorie findet bei hohen Reynoldszahlen Anwendung.
Die Eigenschaften von Fluiden sind zur Beschreibung von Strömungsvorgängen mit den Erhaltungssätzen für Masse, Impuls und Energie notwendig. Für inkompressible Fluide wird die Grenze der Dichteänderung in Abhängigkeit der Machzahl angegeben. Die Rheologie behandelt die Fließeigenschaften der Fluide bei Deformationen in Strömungen. Die Viskosität tritt beim newtonschen Schubspannungsansatz auf. Das Verhalten von Druck und Dichte in der Hydro- und Aerostatik wird beschrieben.
Die Kombination von Reibung und Kompressibilität wird bei der Rohrströmung, der Kugelumströmung und der laminaren und turbulenten Plattengrenzschicht untersucht. Das Auftreten von Verdichtungsstößen führt zur Stoß-Grenzschicht-Interferenz und auf den Tsien-Parameter. Die Mach-Reynoldszahl Ähnlichkeit in der Gasdynamik führt zur Abgrenzung der verschiedenen Strömungsbereiche. Resultate von Windkanaluntersuchungen sowie analytischen und numerischen Berechnungen werden für das Rhombusprofil und das NACA 0012 Profil analysiert.
Leuchtturmmarketing
(2019)
Vor dem Hintergrund wachsender Herausforderungen wird ein professionelles Marketing für Städte und Gemeinden immer wichtiger. Zentrales Ziel dabei ist es, die Attraktivität einer Stadt für die eigene Bevölkerung, Unternehmen und Touristen zu erhöhen. Im vorliegenden Beitrag sollen zunächst einige Rahmenbedingungen des Stadtmarketing skizziert werden. Im Mittelpunkt steht die Vorstellung eines Prozesses, der eine strukturierte Planung und Durchführung des Stadtmarketing ermöglicht.
Das Markenmanagement spielt für das Stadtmarketing eine immer wichtigere Rolle. Im vorliegenden Beitrag wird dabei zunächst auf die Bedeutung und die Besonderheiten des Markenmanagements für Städte eingegangen. Im Mittelpunkt des Beitrages steht ein kompakter Überblick über die zentralen Aspekte des Markenmanagements für Städte. Schließlich wird in einem Exkurs die Bedeutung von Global Cities im Zusammenhang mit dem Markenmanagement vorgestellt.
Städte und Gemeinden müssen sich heute den veränderten Informations- und Kommunikationsverhalten in der Gesellschaft anpassen und entsprechend den Kommunikationsmix erweitern beziehungsweise neu ausrichten. Dabei bieten insbesondere die Online-Kommunikationsmaßnahmen zahlreiche neue Möglichkeiten, zum Beispiel das Targeting. Der folgende Beitrag gibt zunächst einen Überblick über den Kommunikationsprozess und das Content-Marketing. Im Anschluss werden einige wichtige Kommunikationsinstrumente für das Stadtmarketing näher vorgestellt.
Für Verkehrsunternehmen stellt die Erprobung neuer Technologien eine große Herausforderung dar.
Sowohl Wasserstoff-Busse als auch Batterie-Busse können ihren Beitrag zur Umstellung des ÖPNV auf emissionsfreie Mobilität leisten. Je nach Anwendungsmuster können sich beide Technologien gut ergänzen und zu einem volkswirtschaftlichen Optimum führen. Es gilt, die Technologien im realen Umfeld zu erproben, um praxisnahe Erfahrung zu sammeln und dabei Mitarbeiter auszubilden, ohne die Qualität des Betriebes zu gefährden. Bei der aktuellen Kostenlage sehen beide Technologien ihre Einführung in den Betrieb mit Mehrkosten im Vergleich zu der aktuellen Diesel-Lösung verbunden.
Bei einer Batterie-basierten Lösung mit Pantograph-Schnellladung sind kürzere Linien gute Kandidaten für eine elektrische Umstellung ohne Auswirkungen auf die Größe der Busflotte. Auch Liniensysteme beliebiger Länge mit Knotenpunkten in regelmäßigen Abständen ermöglichen eine gemeinsame Nutzung der Ladeinfrastruktur und stellen somit reduzierte Aufbaukosten der Ladeinfrastruktur in Aussicht. In diesem Fall sind aber auch Fahrplanmanagement-Aspekte hinsichtlich der Ladezeit am Pantograph mit zu berücksichtigen, die nicht Bestandteil dieser Studie gewesen sind. Allgemein lassen die Kosten-Prognosen für Batterie und Batterie-elektrische Fahrzeuge eine signifikante Kostenreduzierung bis 2030 erkennen, die in manchen Konfigurationen zur Kostenparität und sogar geringeren Kosten als mit der Diesel-Variante führen würde.
Anders als für Batterie-Busse stellt die Linien-Konfiguration keinen wirtschaftlichen Einflussfaktor auf den Betrieb von Wasserstoff-Bussen dar. Die derzeitige Reichweite der H2-Busse reicht aus, um die zu erwartende tägliche Fahrleistung zu decken. Bei der Wasserstoffmobilität sind aber die Versorgungsinfrastruktur und die damit verbundenen Kraftstoffkosten von entscheidender Bedeutung. Ihr Aufbau ist mit hohen Investitionskosten und gesetzlichen Verpflichtungen verbunden (BImSchG, BetrSichV), die für eine erste Erprobung der Technologie im kleinen Maßstab eine Hürde für Verkehrsunternehmen darstellen könnte. Die H2 Mobility Deutschland bietet die Möglichkeit an, 700 bar Tankstellen mit einem 350 bar Modul zu erweitern, das die tägliche Versorgung von ca. 6 Bussen ermöglicht. Mit begrenzten Risiken für die Verkehrsunternehmen bietet es sich daher an, die H2 Mobilität auf eine limitierte Busflotte zu erproben. Da der Aufbau des H2-Mobility Deutschland Tankstellennetzes eine Lücke in Offenburg und Umgebung aufweist, wäre es vorstellbar, an der Errichtung einer solchen Tankstelle zu arbeiten, die die Betankung und Erprobung von Wasserstoff-Bussen ermöglicht. Auf längerer Sicht ist die Sicherstellung einer gut platzierten zuverlässigen und nachhaltigen Wasserstoffquelle von entscheidender Bedeutung. Derzeit liegen vorhandene Wasserstoffquellen in mehr als 100 km Entfernung. Eine Nutzung der Wasserkraft des naheliegenden Rheins erscheint durchaus sinnvoll, sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus umwelttechnischen Gründen (erneuerbarer Strom, Stromkostenreduzierung durch Eigenversorgung, kürzere Transportwege, möglicher Nutzen für die Eurometropole Straßburg).
Es lässt sich festhalten, dass für die Region Offenburg zunächst die Erprobung beider Technologien, der Elektromobilität als auch der Wasserstoffmobilität, empfohlen wird. Es sollte zeitnah in den Erfahrungsaufbau in beide Technologien investiert werden. Zudem sollte bei der Elektromobilität das Flottenmanagement untersucht und evaluiert werden und bei der Wasserstoffmobilität die Möglichkeiten der Kooperation für den Aufbau der Wasserstofftankstelle. Im Rahmen der nächsten Ausschreibungsrunde für den öffentlichen Nahverkehr in Offenburg wird empfohlen, diesen emissionsfrei auszuschreiben. Es ist absehbar, dass aus Kostengründen (Kostenparität der Elektromobilität mit der Dieselvariante) als auch aus Gründen der Anforderung bzgl. der Emissionsgrenzwerte der ÖPNV emissionsfrei umgesetzt werden sollte.
Vorgestellt wird ein Konzept zur biologischen Methanisierung von Wasserstoff direkt in Biogasreaktoren, mit dem durch Membranbegasung der Methangehalt des Biogases auf > 96 % erhöht werden kann. Essentiell zum Erreichen solch hoher Methanwerte sind die Einhaltung eines optimalen pH-Bereichs und die Vermeidung von H2-Akkumulation. Im Falle einer Limitierung der Methanbildungsrate durch den eigentlichen anaeroben Abbauprozess der Biomasse ist auch eine externe Zufuhr von CO2 zur weiteren Methanbildung denkbar. Das Verfahren soll weiter optimiert und in einem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt in der Biogasanlage einer regionalen Käserei in der Praxis getestet werden. Die hier angestrebte Kombination aus dezentraler Abfallverwertung und Eigenenergieerzeugung eines lebensmittelverarbeitenden Betriebs unter Einbindung in ein intelligentes Erneuerbare Energien - Konzept soll einen zusätzlichen Mehrwert liefern.
Energietechnik
(2019)
Kurz und prägant werden die Energieumwandlungsprozesse dargestellt. Die Schwerpunkte reichen von der kompletten Beschreibung der nachhaltigen, erneuerbaren Energietechniken, über Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke sowie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlagen bis hin zur Energieverteilung und zum Kyoto-Protokoll. Zu allen Kapiteln gibt es Aufgaben mit vollständigen Lösungen im Anhang. In der aktuellen Auflage sind die Grundlagen der Energiewandlung deutlich um verfügbare Energiequellen, Energieträger und den globalen Energiebedarf erweitert. Das Kapitel 19 wurde von seinem neuen Autor grundlegend neu gefasst und heißt nun „Marktliberalisierung und Energiewende“. Alle Kapitel wurden aktualisiert und die Inhalte didaktisch noch verständlicher dargestellt.
The Internet of Things (IoT) application has becoming progressively in-demand, most notably for the embedded devices (ED). However, each device has its own difference in computational capabilities, memory usage, and energy resources in connecting to the Internet by using Wireless Sensor Networks (WSNs). In order for this to be achievable, the WSNs that form the bulk of the IoT implementation requires a new set of technologies and protocol that would have a defined area, in which it addresses. Thus, IPv6 Low Power Area Network (6LoWPAN) was designed by the Internet Engineering Task Force (IETF) as a standard network for ED. Nevertheless, the communication between ED and 6LoWPAN requires appropriate routing protocols for it to achieve the efficient Quality of Service (QoS). Among the protocols of 6LoWPAN network, RPL is considered to be the best protocol, however its Energy Consumption (EC) and Routing Overhead (RO) is considerably high when it is implemented in a large network. Therefore, this paper would propose the HRPL to enchance the RPL protocol in reducing the EC and RO. In this study, the researchers would present the performance of RPL and HRPL in terms of EC, Control traffic Overhead (CTO) and latency based on the simulation of the 6LoWPAN network in fixed environment using COOJA simulator. The results show HRPL protocol achieves better performance in all the tested topology in terms of EC and CTO. However, the latency of HRPL only improves in chain topology compared with RPL. We found that further research is required to study the relationship between the latency and the load of packet transmission in order to optimize the EC usage.
Walking interfaces offer advantages in navigation of VE systems over other types of locomotion. However, VR helmets have the disadvantage that users cannot see their immediate surroundings. Our publication describes the prototypical implementation of a virtual environment (VE) system, capable of detecting possible obstacles using an RGB-D sensor. In order to warn users of potential collisions with real objects while they are moving throughout the VE tracking area, we designed 4 different visual warning metaphors: Placeholder, Rubber Band, Color Indicator and Arrow. A small pilot study was carried out in which the participants had to solve a simple task and avoid any arbitrarily placed physical obstacles when crossing the virtual scene. Our results show that the Placeholder metaphor (in this case: trees), compared to the other variants, seems to be best suited for the correct estimation of the position of obstacles and in terms of the ability to evade them.
With this generation of devices, Virtual Reality (VR) has actually made it into the living rooms of end-users. These devices feature 6-DOF tracking, allowing them to move naturally in virtual worlds and experience them even more immersively. However, for a natural locomotion in the virtual, one needs a corresponding free space in the real environment. The available space is often limited, especially in everyday environments and under normal spatial conditions. Furnishings and objects of daily life can quickly become obstacles for VR users if they are not cleared away. Since the idea behind VR is to place users into a virtual world and to hide the real world as much as possible, invisible objects represent potential obstacles. The currently available systems offer only rudimentary assistance for this problem. If a user threatens to leave the space previously defined for use, a visual boundary is displayed to allow orientation within the space. These visual metaphors are intended to prevent users from leaving the safe area. However, there is no detection of potentially dangerous objects within this part of space. Objects that have not been cleared away or that have been added in the meantime may still become obstacles. This thesis shows how possible obstacles in the environment can be detected automatically with range imaging cameras and how users can be effectively warned about them in the virtual environment without significantly disturbing their sense of presence. Four different interactive visual metaphors are used to signalize the obstacles within the VE. With the help of a user study, the four signaling variants and the obstacle detection were evaluated and tested.
Die Mittelbayerische Zeitung ist ein Verlagsbeispiel, das deutlich macht, wie mithilfe einer kontinuierlichen und systematischen Marktbearbeitung auch in stagnierenden Printmärkten eine Stabilisierung der Kundenstruktur möglich ist. Die Kombination mit digitalen Angeboten und die ebenfalls kombinierte Nutzung von unterschiedlichen, teilweise digitalen Kommunikations- und Absatzkanälen sind dabei zentrale Erfolgsfaktoren.
Numerische Physik
(2019)
Dieses Lehrbuch stellt die Numerische Physik anhand einer Vielzahl von Beispielen aus den Bereichen Mechanik, Elektrodynamik, Optik, Statistischer Physik und Quantenmechanik dar. Der Leser lernt hier nicht nur die wichtigsten numerischen Techniken in der Programmiersprache C++ kennen, sondern erhält auch neue Einblicke in die Physik, die konventionelle Zugänge nicht bieten. Das Werk schließt damit eine Lücke zwischen den Standardlehrbüchern der Theoretischen Physik und denen der reinen Programmierung.
Zu jedem der physikalischen Themen gibt es eine kurze Wiederholung des theoretischen Hintergrunds und anschließend werden ausgewählte Beispiele im Detail ausgearbeitet. Übungen am Ende des Kapitels bieten weitere Gelegenheit die Anwendungen des Gelernten zu vertiefen.
Das Buch richtet sich vornehmlich an Physikstudierende höherer Semester, die bereits über eine Basis in Theoretischer Physik verfügen und auch Grundkenntnisse in der Programmierung in C++ mitbringen.
Auf der Produktseite zum Buch auf springer.com finden sich alle Quelltexte zu den Programmen im Buchtext zum Download. Im Anhang erhalten Sie eine Zusammenstellung und Erläuterung frei verfügbarer Software, die sowohl dem Windows-Anwender als auch dem Linux-Freund alle Werkzeuge an die Hand gibt, die er zur Bearbeitung anspruchsvoller physikalischer Fragestellungen benötigt - von Compilern über numerische Bibliotheken bis hin zu Visualisierungstools.
In many application domains, in particular automotives, guaranteeing a very low failure rate is crucial to meet functional and safety standards. Especially, reliable operation of memory components such as SRAM cells is of essential importance. Due to aggressive technology downscaling, process and runtime variations significantly impact manufacturing yield as well as functionality. For this reason, a thorough memory failure rate assessment is imperative for correct circuit operation and yield improvement. In this regard, Monte Carlo simulations have been used as the conventional method to estimate the variability induced failure rate of memory components. However, Monte Carlo methods become infeasible when estimating rare events such as high-sigma failure rates. To this end, Importance Sampling methods have been proposed which reduce the number of required simulations substantially. However, existing methods still suffer from inaccuracies and high computational efforts, in particular for high-sigma problems. In this paper, we fill this gap by presenting an efficient mixture Importance Sampling approach based on Bayesian optimization, which deploys a surface model of the objective function to find the most probable failure points. Its advantages include constant complexity independent of the dimensions of design space, the potential to find the global extrema, and higher trustworthiness of the estimated failure rate by accurately exploring the design space. The approach is evaluated on a 6T-SRAM cell as well as a master-slave latch based on a 28nm FDSOI process. The results show an improvement in accuracy, resulting in up to 63× better accuracy in estimating failure rates compared to the best state-of-the-art solutions on a 28nm technology node.
Auf Grundlage der Computer-Aided-Design (CAD)-rekonstruierten ersten „Eisernen Hand“ des Götz von Berlichingen wird ein umgebautes, controllergesteuertes sensomotorisches Fingersystem auf seine Funktionalität beim Greifen von unterschiedlichen Gegenständen beschrieben und geprüft. Die elektronischen Finger, die den „Pinzettengriff“ nachahmen und automatisch bei dem zuvor eingestellten Anpressdruck abschalten, bewiesen eine bemerkenswerte Alltagstauglichkeit. Das vorgestellte Grundkonzept könnte eine Alternative bei der Entwicklung einfacher und kostengünstiger, aber dennoch gut einsatzfähiger bionischer Hände sein und zeigt einmal mehr, wie historische Ideen in die Gegenwart transferiert werden können.
Heat generation that is coupled with electricity usage, like combined heat and power generators or heat pumps, can provide operational flexibility to the electricity sector. In order to make use of this in an optimized way, the flexibility that can be provided by such plants needs to be properly quantified. This paper proposes a method for quantifying the flexibility provided through a cluster of such heat generators. It takes into account minimum operational time and minimum down-time of heat generating units. Flexibility is defined here as the time period over which plant operation can be either delayed or forced into operation, thus providing upward or downward regulation to the power system on demand. Results for one case study show that a cluster of several smaller heat generation units does not provide much more delayed operation flexibility than one large unit with the same power, while it more than doubles the forced operation flexibility. Considering minimum operational time and minimum down-time of the units considerably limits the available forced and delayed operation flexibility, especially in the case of one large unit.
The visualization of heart rhythm disturbance and atrial fibrillation therapy allow the optimization of new cardiac catheter ablations. With the simulation software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) electromagnetic and thermal simulations can be carried out to analyze and optimize different heart rhythm disturbance and cardiac catheters for pulmonary vein isolation. Another form of visualization is provided by haptic, three-dimensional print models. These models can be produced using an additive manufacturing method, such as a 3D printer. The aim of the study was to produce a 3D print of the Offenburg heart rhythm model with a representation of an atrial fibrillation ablation procedure to improve the visualization of simulation of cardiac catheter ablation.
The basis of 3D printing was the Offenburg heart rhythm model and the associated simulation of cryoablation of the pulmonary vein. The thermal simulation shows the pulmonary vein isolation of the left inferior pulmonary vein with the cryoballoon catheter Arctic Front AdvanceTM from Medtronic. After running through the simulation, the thermal propagation during the procedure was shown in the form of different colors. The three-dimensional print models were constructed on the base of the described simulation in a CAD program. Four different 3D printers are available for this purpose in a rapid prototyping laboratory at the University of Applied Science Offenburg. Two different printing processes were used: 1. a binder jetting printer with polymer gypsum and 2. a multi-material printer with photopolymer. A final print model with additional representation of the esophagus and internal esophagus catheter was also prepared for printing.
With the help of the thermal simulation results and the subsequent evaluation, it was possible to make a conclusion about the propagation of the cold emanating from the catheter in the myocardium and the surrounding tissue. It could be measured that already 3 mm from the balloon surface into the myocardium the temperature drops to 25 °C. The simulation model was printed using two 3D printing methods. Both methods as well as the different printing materials offer different advantages and disadvantages. While the first model made of polymer gypsum can be produced quickly and cheaply, the second model made of photopolymer takes five times longer and was twice as expensive. On the other hand, the second model offers significantly better properties and was more durable overall. All relevant parts, especially the balloon catheter and the conduction, are realistically represented. Only the thermal propagation in the form of different colors is not shown on this model.
Three-dimensional heart rhythm models as well as virtual simulations allow a very good visualization of complex cardiac rhythm therapy and atrial fibrillation treatment methods. The printed models can be used for optimization and demonstration of cryoballoon catheter ablation in patients with atrial fibrillation.
The visualization of heart rhythm disturbance and atrial fibrillation therapy allows the optimization of new cardiac catheter ablations. With the simulation software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) electromagnetic and thermal simulations can be carried out to analyze and optimize different heart rhythm disturbance and cardiac catheters for pulmonary vein isolation. Another form of visualization is provided by haptic, three-dimensional print models. These models can be produced using an additive manufacturing method, such as a 3d printer. The aim of the study was to produce a 3d print of the Offenburg heart rhythm model with a representation of an atrial fibrillation ablation procedure to improve the visualization of simulation of cardiac catheter ablation. The basis of 3d printing was the Offenburg heart rhythm model and the associated simulation of cryoablation of the pulmonary vein. The thermal simulation shows the pulmonary vein isolation of the left inferior pulmonary vein with the cryoballoon catheter Arctic Front Advance™ from Medtronic. After running through the simulation, the thermal propagation during the procedure was shown in the form of different colors. The three-dimensional print models were constructed on the base of the described simulation in a CAD program. Four different 3d printers are available for this purpose in a rapid prototyping laboratory at the University of Applied Science Offenburg. Two different printing processes were used and a final print model with additional representation of the esophagus and internal esophagus catheter was also prepared for printing. With the help of the thermal simulation results and the subsequent evaluation, it was possible to draw a conclusion about the propagation of the cold emanating from the catheter in the myocardium and the surrounding tissue. It was measured that just 3 mm from the balloon surface into the myocardium the temperature dropped to 25 °C. The simulation model was printed using two 3d printing methods. Both methods, as well as the different printing materials offer different advantages and disadvantages. All relevant parts, especially the balloon catheter and the conduction, are realistically represented. Only the thermal propagation in the form of different colors is not shown on this model. Three-dimensional heart rhythm models as well as virtual simulations allow very clear visualization of complex cardiac rhythm therapy and atrial fibrillation treatment methods. The printed models can be used for optimization and demonstration of cryoballoon catheter ablation in patients with atrial fibrillation.
One of the challenges for autonomous driving in general is to detect objects in the car's camera images. In the Audi Autonomous Driving Cup (AADC), among those objects are other cars, adult and child pedestrians and emergency vehicle lighting. We show that with recent deep learning networks we are able to detect these objects reliably on the limited Hardware of the model cars. Also, the same deep network is used to detect road features like mid lines, stop lines and even complete crossings. Best results are achieved using Faster R-CNN with Inception v2 showing an overall accuracy of 0.84 at 7 Hz.
When designing and installing Indoor Positioning Systems, several interrelated tasks have to be solved to find an optimum placement of the Access Points. For this purpose, a mathematical model for a predefined number of access points indoors is presented. Two iterative algorithms for the minimization of localization error of a mobile object are described. Both algorithms use local search technique and signal level probabilities. Previously registered signal strengths maps were used in computer simulation.
Die Führungsaufgaben eines Forstbetriebes sind diversifizierter und anspruchsvoller geworden. Aufgaben und Ansprüche ändern sich. Aus den Forstverwaltungen werden moderne Unternehmen. Deutlich wurde dies an den klimatisch und wirtschaftlich bedingten Turbulenzen, denen die Forstwirtschaft in den letzten drei Jahrzehnten unterworfen war. Krisen und technische Dynamiken haben die forstwirtschaftlichen Märkte beeinflusst. Auch die gesellschaftlichen Ansprüche an die Forstwirtschaft sind durch Freizeitanspruch und Wertewandel im Sinne der Schutz- und Erholungsfunktionen des Waldes gewachsen. Ökonomische, soziale und ökologische Verpflichtungen führen zu einem Geflecht von Handlungsrestriktionen, das von der Führung eines Forstbetriebes daher ein komplexes Management erfordert, um den divergierenden Aufgaben und Ansprüchen gerecht zu werden.
In der Forstwirtschaft wirken vielfältige Einflüsse unterschiedlich intensiv von außen insbesondere auf die staatlichen Forstbetriebe. Für sie ist inzwischen ein langwieriger Dauerreformprozess zu konstatieren. Zahlreiche, neue gesetzliche Regelungen haben die Rahmenbedingungen für das Management in den Forstverwaltungen grundlegend verändert. Neben den Shareholdern und den „klassischen“ Stakeholdern (Kunden, Verbände, Gewerkschaften, Lieferanten, Mitarbeiter etc.) sind als weitere Anspruchsgruppen im Forst vor allem Parteien, Jäger und Umweltschutzgruppen zu nennen. Restringierende Wirkung haben vor allem die Entscheidungen der Länderparlamente, die Normen aus Brüssel und konkretisierte Normen aus Berlin in Gesetzestexte (oftmals mit Flächen- bzw. Ortsbezug) umformulieren. Im Rahmen des vorliegenden Arbeitspapiers wird betrachtet, wie und in welchen Bereichen unterschiedliche Restriktionen das Management und die Führung in den Forstbetrieben bei der Umsetzung ihrer Ziele und Zielvorgaben einschränken und somit das Führungsverhalten beeinflussen.
Im Beitrag werden nach einer kurzen Einführung zu hochfesten Stählen und dem Schweißen von hochfesten Stählen die gültigen und zukünftigen Bemessungsregeln von Schweißverbindungen mit hochfesten Stählen behandelt und an Beispielen erläutert. Es werden die für den Schweißprozess wichtigen Material‐ und Gefügeeingeschaften und Herstellungsverfahren von höherfesten Stählen beschrieben und die sich daraus einstellenden Anforderungen während des Schweißvorgangs dargelegt. Anhand von Beispielen werden die derzeit gültigen Bemessungsregeln für Schweißverbindungen mit höherfesten Stählen erläutert und ein neues durch Versuche abgesichertes Bemessungsmodell für Kehlnähte vorgestellt, das es erlaubt, gezielt den wichtigen Einfluss des Schweißzusatzwerkstoffs zu erfassen. Abschließend werden die aus numerischen Schweißsimulationen gewonnenen Erkentnisse hinsichtlich Temperatur, Gefüge, Eigenspannungszustand und auch Tragverhalten einer Schweißnaht beschrieben und durch Beispiele veranschaulicht.
The authors explain a developed concept for research-oriented education in optics and photonics. It is presented which goals are to be achieved, which strategies have been developed and how these can be implemented in a blended learning scenario. The goal of our education is the best possible qualification of the students on the basis of a strong scientific and research-oriented education, which also includes the acquisition of important interdisciplinary competences. All phases of a research process are to be mapped in the learning process and offer students an insight into current research topics in optics and photonics.
Increased knowledge transfer through the integration of research projects into university teaching
(2019)
This paper describes the integration of the research project "Characterization of Color Vision using Spectroscopy and Nanotechnology: Application to Media Photonics" into an engineering course in the field of media technology. The aim is to develop the existing learning concept towards a more research-oriented teaching. Involving students in research projects as part of the learning process provides a deeper insight into current research topics and the key elements of scientific work. This makes it easier for students to recognize the importance of the acquired theoretical knowledge for the practice, which enables them to derive new insights of their own.
In diesem Beitrag werden grundlegende Aspekte und Methoden der Data Science erläutert. Nach dem Vorgehensmodell CRISP-DM sind in den Phasen Data Unterstanding und Data Preparation vor allem Verfahren der Datenselektion, Datenvorverarbeitung und der explorativen Datenanalyse anzuwenden. Beim Modeling, der Hauptaufgabe der Data Science, kann man überwachte und unüberwachte Methoden sowie Reinforcement Learning unterscheiden. Auf die Evaluation der Güte eines Modells anhand von Qualitätsmaßen wird anschließend eingegangen. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf weitere Themen wie Cognitive Computing.
Machine Learning als Schlüsseltechnologie für Digitalisierung: Wie funktioniert maschinelles Lernen?
(2019)
In the area of cloud computing, judging the fulfillment of service-level agreements on a technical level is gaining more and more importance. To support this we introduce privacy preserving set relations as inclusiveness and disjointness based ao Bloom filters. We propose to compose them in a slightly different way by applying a keyed hash function. Besides discussing the correctness of set relations, we analyze how this impacts the privacy of the sets content as well as providing privacy on the sets cardinality. Indeed, our solution proposes to bring another layer of privacy on the sizes. We are in particular interested how the overlapping bits of a Bloom filter impact the privacy level of our approach. We concretely apply our solution to a use case of cloud security audit on access control and present our results with real-world parameters.
This work discusses several use cases of post-mortem mobile device tracking in which privacy is required e.g. due to client-confidentiality agreements and sensibility of data from government agencies as well as mobile telecommunication providers. We argue that our proposed Bloomfilter based privacy approach is a valuable technical building block for the arising General Data Protection Regulation (GDPR) requirements in this area. In short, we apply a solution based on the Bloom filters data structure that allows a 3rd party to performsome privacy saving setrelations on a mobiletelco’s access logfile or other mobile access logfile from harvesting parties without revealing any other mobile users in the proximity of a mobile base station but still allowing to track perpetrators.
Das vorliegende Buch richtet sich vorwiegend an Webentwickler und Webinteressierte. Zunächst wird ein Überblick über Digital Storytelling, seine Geschichte und die verschiedenen heutigen Ausprägungen gegeben. Dabei liegt der Fokus auf Digital Storytelling im Web auf Basis von Animation.
Besonders die Idee der scroll-activated animation als zeitgemäßes Konzept für das Storytelling wird in diesem Buch in den Mittelpunkt gestellt.
Als technische Möglichkeiten zur Umsetzung von Webanimationen werden CSS3, SVG und HTML5-Canvas vorgestellt und diese in der Folge detailliert beschrieben.
Im Rahmen eines umfangreich dokumentierten Demoprojekts wird intensiv auf die Konzeption einer scroll-actived animation basierten Website und deren technische Umsetzung mittels HTML5, CSS3, JavaScript/jQuery und ScrollMagic sowie die damit verbundenen Herausforderungen eingegangen. Dies erlaubt dem Leser das detaillierte Nachvollziehen der Erstellung und die davon abgeleitete Entwicklung eigener Projekte.
Der Inhalt des Buches
- Definition, Entwicklung und psychologische Wirkungsweisen
- Medienformen
- Digital Storytelling
- Animationen im Web
- Technische Umsetzung
Die Zielgruppen des Buches
- Konzepter
- Webentwickler
- Mediengestalter
- Studenten, Azubis
- Webinteressierte
The Future of FDI: Achieving the Sustainable Development Goals 2030 through Impact Investment
(2019)
Publicized as a global call for action in 2015, the United Nations General Assembly passed a resolution on the Sustainable Development Goals 2030 (SDGs). Before issuing the SDGs in 2015, the United Nations Conference on Trade and Development (UNCTAD) has already identified in 2014, as part of their World Investment Report, that especially developing countries are facing an estimated USD 2.5 trillion funding gap annually in the efforts to achieve the SDGs. Yet, the investment opportunities and challenges for investors, when contributing to the closure of this funding gap while benefiting from its economic potential have not been widely discussed. Despite that Foreign Direct Investments (FDI) are a key driver to sustainable economic growth and prosperity of a nation, policies and a holistic framework linking the 2030 Agenda to actionable investment opportunities for private investors are missing. Furthermore, a global platform capturing, channeling and promoting investment projects aiming to achieve the SDGs through impact investment has not been established. Utilizing global financial resources more effectively while developing new approaches and tools to promote impact investments, which demonstrate the benefits for investors to tap into the funding gap of the 2030 Agenda, will have the potential to significantly shape and influence the future of FDI.
O'Barro - Cocktails 4.0
(2019)
Formal Description of Use Cases for Industry 4.0 Maintenance Processes Using Blockchain Technology
(2019)
Maintenance processes in Industry 4.0 applications try to achieve a high degree of quality to reduce the downtime of machinery. The monitoring of executed maintenance activities is challenging as in complex production setups, multiple stakeholders are involved. So, full transparency of the different activities and of the state of the machine can only be supported, if these stakeholders trust each other. Therefore, distributed ledger technologies, like Blockchain, can be promising candidates for supporting such applications. The goal of this paper is a formal description of business and technical interactions between non-trustful stakeholders in the context of Industry 4.0 maintenance processes using distributed ledger technologies. It also covers the integration of smart contracts for automated triggering of activities.
Das Ziel der Arbeit ist es, die Wirkung von datenschutzbezogenen Gütesiegeln auf das Vertrauen, die Teilnahmebereitschaft und die freiwillige Datenbekanntgabe in Webbefragungen zu untersuchen. Hierbei soll der unternehmerische Nutzen im Kontext der deutschen Markt-, Medien- und Sozialforschung transparent gemacht werden. Da sich an diesem Markt überwiegend kleine und mittlere Forschungseinrichtungen befinden, werden die wirtschaftlichen Belange dieser Unternehmen besonders berücksichtigt. Insgesamt beschäftigt sich die Arbeit durch den besonderen Branchenbezug zur deutschen Markt-, Medien- und Sozialforschung mit einem neuartigen Forschungsfeld. Vor diesem Hintergrund werden die konzeptionellen und theoretischen Grundlagen, die zum Einsatz von Gütesiegeln im E-Commerce vorliegen, in einem neuen Licht betrachtet. Dabei liegt die Besonderheit der Arbeit darin, dass sie sich mit der freiwilligen Bekanntgabe von persönlichen Daten auf der Basis von intrinsisch motivierten Faktoren befasst.
Die Möglichkeiten für Unternehmen online zu werben, werden im digitalen Zeitalter immer größer. Online Marketing wird für Betriebe stets wichtiger. Dies zeigen die Werbeausgaben für Digitale Werbung und die zukünftigen Prognosen. Der Anteil der einzelnen Online-Marketinginstrumente macht ebenfalls deutlich, dass neben Social-Media-Marketing und E-Mail-Marketing auch Suchmaschinen-Marketing (engl. Search Engine Marketing, kurz: SEM) zu einem wichtigen Bestandteil der Werbemaßnahmen vieler Werbetreibende in Deutschland gehört.
Development of Fully Printed Oxide Field-Effect Transistors using Graphene Passive Structures
(2019)
During the past decade to the present time, the topic of printed electronics has gained a lot of attention for their potential use in a number of practical applications, including biosensors, photovoltaic devices, RFIDs, flexible displays, large-area circuits, and so on. To fully realize printed electronic components and devices, effective techniques for the printing of passive structures and electrically and chemically compatible materials in the printed devices need to be developed first. The opportunity of using electrically conducting graphene inks will enable the integration of passive structures into active devices, as for example, printed electrolyte-gated transistors (EGTs). Accordingly, in this study, we present the parametric results obtained on fully printed electrolyte-gated transistors having graphene as the passive electrodes, an inorganic oxide semiconductor as the active channel, and a composite solid polymer electrolyte (CSPE) as the gate insulating material. This configuration offers high chemical and electrical stability while at the same time allowing EGT operation at low potentials, implying the distinct advantage of operation at low input voltages. The printed in-plane EGTs we developed exhibit excellent performance with device mobility up to 16 cm2 V–1 s–1, an ION/IOFF ratio of 105, and a subthreshold slope of 120 mV dec–1.
Wireless sensor networks have found their way into a wide range of applications, among which environmental monitoring systems have attracted increasing interests of researchers. Main challenges for these applications are scalability of the network size and energy efficiency of the spatially distributed nodes. Nodes are mostly battery-powered and spend most of their energy budget on the radio transceiver module. In normal operation modes most energy is spent waiting for incoming frames. A so-called Wake-On-Radio (WOR) technology helps to optimize trade-offs between energy consumption, communication range, complexity of the implementation and response time. We already proposed a new protocol called SmartMAC that makes use of such WOR technology. Furthermore, it gives the possibility to balance the energy consumption between sender and receiver nodes depending on the use case. Based on several calculations and simulations, it was predicted that the SmartMAC protocol was significantly more efficient than other schemes being proposed in recent publications, while preserving a certain backward compatibility with standard IEEE802.15.4 transceivers. To verify this prediction, we implemented the SmartMAC protocol for a given hardware platform. This paper compares the realtime performance of the SmartMAC protocol against simulation results, and proves the measured values are very close to the estimated values. Thus we believe that the proposed MAC algorithms outperforms all other Wake-on-Radio MACs.
Cast aluminum alloys are frequently used as materials for cylinder head applications in internal combustion gasoline engines. These components must withstand severe cyclic mechanical and thermal loads throughout their lifetime. Reliable computational methods allow for accurate estimation of stresses, strains, and temperature fields and lead to more realistic Thermomechanical Fatigue (TMF) lifetime predictions. With accurate numerical methods, the components could be optimized via computer simulations and the number of required bench tests could be reduced significantly. These types of alloys are normally optimized for peak hardness from a quenched state that maximizes the strength of the material. However due to high temperature exposure, in service or under test conditions, the material would experience an over-ageing effect that leads to a significant reduction in the strength of the material. To numerically account for ageing effects, the Shercliff & Ashby ageing model is combined with a Chaboche-type viscoplasticity model available in the finite-element program ABAQUS by defining field variables. The constitutive model with ageing effects is correlated with uniaxial cyclic isothermal tests in the T6 state, the overaged state, as well as thermomechanical tests. On the other hand, the mechanism-based TMF damage model (DTMF) is calibrated for both T6 and over-aged state. Both the constitutive and the damage model are applied to a cylinder head component simulating several cycles on an engine dynamometer test. The effects of including ageing for both models are shown.
Die Wörz´sche Heuristik
(2019)
Gesellschaftliche, wirtschaftliche und technologische Umbrüche stellen das klassische Governance-Verständnis heute auf den Prüfstand. Sowohl organisationsintern als auch in den Beziehungen zu den Stakeholdern und der Umwelt zeigt sich immer mehr, dass Unternehmenssteuerung nur noch begrenzt möglich ist.
Wie der Spagat gelingt, im Unternehmen für ein stabilisierendes Mindestmaß an Orientierung zu sorgen, aber auch unter hoher Marktdynamik flexibel zu bleiben, beleuchtet Sybille Schwarz aus verschiedenen Blickwinkeln. Diese verknüpft sie zu einer multiperspektivischen Governance-Betrachtung.
• Die managementorientierte Perspektive: zu normativen, strategischen und unternehmenskulturellen Gestaltungsmöglichkeiten
• Die ökonomische Perspektive: zu Verhaltensmustern unter komplexen Markt- und Wettbewerbsbedingungen
• Die gesellschaftliche Perspektive: zu Veränderungen durch die Digitalisierung oder Fragen der Nachhaltigkeit
Eine Einladung zum Perspektivwechsel für Aufsichtsräte und Entscheidungsträger, um Chancen und Risiken eingesetzter Governance-Strukturen organisationsgerecht zu beurteilen.
Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften einer Rohrleitung, insbesondere der Position eines Abzweigs einer Abwasserrohrleitung,(a) bei dem ein Schallwellensendesignal (S, S') an einem vorgegebenen Einspeisepunkt in die Rohrleitung (1) eingespeist wird und sich in axialer Richtung der Rohrleitung (1) ausbreitet,(b) wobei das Frequenzspektrum des Schallwellensendesignals (S, S') eine Frequenzkomponente oder einen Spektralbereich aufweist, dessen maximale Frequenz kleiner ist als die untere Grenzfrequenz (f) für die erste Obermode,(c) bei dem innerhalb der Rohrleitung (1) reflektierte Anteile (S, S, S, S', S', S') des Schallwellensendesignals (S, S') als Schallwellenempfangssignal (E, E') detektiert werden, und(d) bei dem die Rohrleitung (1) durch eine Auswertung des Schallwellenempfangssignal (E, E') in Bezug auf das Schallwellensendesignal (S, S') hinsichtlich des Vorhandenseins von Schallwellenreflexionen (S, S, S, S', S', S') verursachenden Reflexionsorten entlang der Rohrleitung (1) untersucht wird,(e) wobei mittels der Auswertung des Schallwellenempfangssignals (E, E') zumindest jeweils der Abstand (I) eines Reflexionsortes von dem Einspeisepunkt bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,(f) dass die Schallgeschwindigkeit (c) der Grundmode bei der aktuellen Temperatur innerhalb der Rohrleitung (1) unter Verwendung eines Schallwellenmesssignals ermittelt wird, welches eine Frequenz oder ein Frequenzspektrum aufweist, bei dem das Schallwellenmesssignal innerhalb der Rohrleitung (1) mit ausreichender Genauigkeit als ebene Schallwelle behandelt werden kann, wobei hierzu die Laufzeiten des Schallwellenmesssignals über eine vorbekannte Strecke (L) in beiden Richtungen gemessen wird,(g) dass die so ermittelte Schallgeschwindigkeit (c) einer ebenen Schallwelle gleich der tatsächlichen Schallgeschwindigkeit der Grundmode bei der aktuellen Temperatur innerhalb der Rohrleitung (1) gesetzt wird, und(h) dass die so bestimmte Schallgeschwindigkeit zur Bestimmung des Abstand (I) eines Reflexionsortes von dem Einspeisepunkt verwendet wird.
Die erste Auflage von "Ausführung von Stahlbauten" wurde – trotz ihres erheblichen Umfangs – zu einem sehr beliebten Nachschlagewerk und unverzichtbaren Praxishelfer in vielen Bereichen des Stahlbaus. Nachdem die Normen, auf die sich die erste Auflage bezieht, grundlegend überarbeitet wurden, entstand mit dem hier vorliegenden Buch auch eine aktualisierte Nachfolgeausgabe der Kommentare. Das Werk profitiert davon, dass es von den im Normungsausschuss federführenden Spezialisten ausgearbeitet wurde: Die Autoren liefern also zuverlässig die korrekten Interpretationen der Normentexte. Damit ist auch diese zweite Auflage von "Ausführung von Stahlbauten" eine gute Wahl, um mit den Normen DIN EN 1090-2 und DIN EN 1090-4 sicher und professionell arbeiten zu können. Da sich die Norm DIN EN 1090-1 aktuell in Überarbeitung befindet, ist diese nicht Teil der zweiten Auflage der Stahlbauten-Kommentare.
Spinal cord stimulation (SCS) is the most commonly used technique of neurostimulation. It involves the stimulation of the spinal cord and is therefore used to treat chronic pain. The existing esophageal catheters are used for temperature monitoring during an electrophysiology study with ablation and transesophageal echocardiography. The aim of the study was to model the spine and new esophageal electrodes for the transesophageal electrical pacing of the spinal cord, and to integrate them in the Offenburg heart rhythm model for the static and dynamic simulation of transesophageal neurostimulation. The modeling and simulation were both performed with the electromagnetic and thermal simulation software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt). Two new esophageal catheters were modelled as well as a thoracic spine based on the dimensions of a human skeleton. The simulation of directed transesophageal neurostimulation is performed using the esophageal balloon catheter with an electric pacing potential of 5 V and a trapezoidal signal. A potential of 4.33 V can be measured directly at the electrode, 3.71 V in the myocardium at a depth of 2 mm, 2.68 V in the thoracic vertebra at a depth of 10 mm, 2.1 V in the thoracic vertebra at a depth of 50 mm and 2.09 V in the spinal cord at a depth of 70 mm. The relation between the voltage delivered to the electrodes and the voltage applied to the spinal cord is linear. Virtual heart rhythm and catheter models as well as the simulation of electrical pacing fields and electrical sensing fields allow the static and dynamic simulation of directed transesophageal electrical pacing of the spinal cord. The 3D simulation of the electrical sensing and pacing fields may be used to optimize transesophageal neurostimulation.
Spinal cord stimulation (SCS) is the most commonly used technique of neurostimulation. It involves the stimulation of the spinal cord and is therefore used to treat chronic pain. The existing esophageal catheters are used for temperature monitoring during an electrophysiology study with ablation and transesophageal echocardiography. The aim of the study was to model the spine and new esophageal electrodes for the transesophageal electrical pacing of the spinal cord, and to integrate them in the Offenburg heart rhythm model for the static and dynamic simulation of transesophageal neurostimulation. The modeling and simulation were both performed with the electromagnetic and thermal simulation software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt). Two new esophageal catheters were modelled as well as a thoracic spine based on the dimensions of a human skeleton. The simulation of directed transesophageal neurostimulation is performed using the esophageal balloon catheter with an electric pacing potential of 5 V and a trapezoidal signal. A potential of 4.33 V can be measured directly at the electrode, 3.71 V in the myocardium at a depth of 2 mm, 2.68 V in the thoracic vertebra at a depth of 10 mm, 2.1 V in the thoracic vertebra at a depth of 50 mm and 2.09 V in the spinal cord at a depth of 70 mm. The relation between the voltage delivered to the electrodes and the voltage applied to the spinal cord is linear. Virtual heart rhythm and catheter models as well as the simulation of electrical pacing fields and electrical sensing fields allow the static and dynamic simulation of directed transesophageal electrical pacing of the spinal cord. The 3D simulation of the electrical sensing and pacing fields may be used to optimize transesophageal neurostimulation.
Model-based analysis of Electrochemical Pressure Impedance Spectroscopy (EPIS) for PEM Fuel Cells
(2019)
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a widely-used diagnostic technique to characterize electrochemical processes. It is based on the dynamic analysis of two electrical observables, that is, current and voltage. Electrochemical cells with gaseous reactants or products, in particular fuel cells, offer an additional observable, that is, the gas pressure. The dynamic coupling of current or voltage with gas pressure gives rise to a number of additional impedance definitions, for which we have previously introduced the term electrochemical pressure impedance spectroscopy (EPIS) [1,2]. EPIS shows a particular sensitivity towards transport processes of gas-phase or dissolved species, in particular, diffusion coefficients and transport pathway lengths. It is as such complementary to standard EIS, which is mainly sensitive towards electrochemical processes. First EPIS experiments on PEM fuel cells have recently been shown [3].
We present a detailed modeling and simulation analysis of EPIS of a PEM fuel cell. We use a 1D+1D continuum model of a fuel/air channel pair with GDL and MEA. Backpressure is dynamically varied, and the resulting simulated oscillation in cell voltage is evaluated to yield the ▁Z_( V⁄p_ca ) EPIS signal. Results are obtained for different transport situations of the fuel cell, giving rise to very complex EPIS shapes in the Nyquist plot. This complexity shows the necessity of model-based interpretation of the complex EPIS shapes. Based on the simulation results, specific features in the EPIS spectra can be assigned to different transport domains (gas channel, GDL, membrane water transport).
Blockchain frameworks enable the immutable storage of data. A still open practical question is the so called "oracle" problem, i.e. the way how real world data is actually transferred into and out of a blockchain while preserving its integrity. We present a case study that demonstrates how to use an existing industrial strength secure element for cryptographic software protection (Wibu CmDongle / the "dongle") to function as such a hardware-based oracle for the Hyperledger blockchain framework. Our scenario is that of a dentist having leased a 3D printer. This printer is initially supplied with an amount of x printing units. With each print action the local unit counter on the attached dongle is decreased and in parallel a unit counter is maintained in the Hyperledger-based blockchain. Once a threshold is met, the printer will stop working (by means of the cryptographically protected invocation of the local print method). The blockchain is configured in such a way that chaincode is executed to increase the units again automatically (and essentially trigger any payment processes). Once this has happened, the new unit counter value will be passed from the blockchain to the local dongle and thus allow for further execution of print jobs.
The development of secure software systems is of ever-increasing importance. While software companies often invest large amounts of resources into the upkeeping and general security properties of large-scale applications when in production, they appear to neglect utilizing threat modeling in the earlier stages of the software development lifecycle. When applied during the design phase of development, and continuously throughout development iterations, threat modeling can help to establish a "Secure by Design" approach. This approach allows issues relating to IT security to be found early during development, reducing the need for later improvement – and thus saving resources in the long term. In this paper the current state of threat modeling is investigated. This investigation drove the derivation of requirements for the development of a new threat modelling framework and tool, called OVVL. OVVL utilizes concepts of established threat modeling methodologies, as well as functionality not available in existing solutions.
Protecting software from illegal access, intentional modification or reverse engineering is an inherently difficult practical problem involving code obfuscation techniques and real-time cryptographic protection of code. In traditional systems a secure element (the "dongle") is used to protect software. However, this approach suffers from several technical and economical drawbacks such as the dongle being lost or broken.
We present a system that provides such dongles as a cloud service, and more importantly, provides the required cryptographic material to control access to software functionality in real-time.
This system is developed as part of an ongoing nationally funded research project and is now entering a first trial stage with stakeholders from different industrial sectors.
With the growing share of renewable energies in the electricity supply, transmission and distribution grids have to be adapted. A profound understanding of the structural characteristics of distribution grids is essential to define suitable strategies for grid expansion. Many countries have a large number of distribution system operators (DSOs) whose standards vary widely, which contributes to coordination problems during peak load hours. This study contributes to targeted distribution grid development by classifying DSOs according to their remuneration requirement. To examine the amendment potential, structural and grid development data from 109 distribution grids in South-Western Germany, are collected, referring to publications of the respective DSOs. The resulting data base is assessed statistically to identify clusters of DSOs according to the fit of demographic requirements and grid-construction status and thus identify development needs to enable a broader use of regenerative energy resources. Three alternative algorithms are explored to manage this task. The study finds the novel Gauss-Newton algorithm optimal to analyse the fit of grid conditions to regional requirements and successfully identifies grids with remuneration needs. It is superior to the so far used K-Means algorithm. The method developed here is transferable to other areas for grid analysis and targeted, cost-efficient development.
This article deals with the problem of wireless synchronization between onboard computing devices of small-sized unmanned aerial vehicles (SUAV) equipped with integrated wireless chips (IWC). Accurate synchronization between several devices requires the precise timestamping of batches transmitting and receiving on each of them. The best precision is demonstrated by those solutions where timestamping is performed on the PHY level, right after modulation/demodulation of the batch. Nowadays, most of the currently produced IWC are Systems-on-a-Chip (SoC) that include both PHY and MAC, implemented with one or several processor cores application. SoC allows create more cost and energy efficient wireless devices. At the same time, it limits the developers direct access to the internal signals and significantly complicates precise timestamping for sent and received batches, required for mutual synchronization of industrial devices. Some modern IEEE 802.11 IWCs have inbuilt functions that use internal chip clock to register timestamps. However, high jitter of the interfaces between the external device and IWC degrades the comparison of the timestamps from the internal clock to those registered by external devices. To solve this problem, the article proposes a novel approach to the synchronization, based on the analysis of IWC receiver input potential. The benefit of this approach is that there is no need to demodulate and decode the received batches, thus allowing it implementation with low-cost IWCs. In this araticle, Cypress CYW43438 was taken as an example for designing hardware and software solutions for synchronization between two SUAV onboard computing devices, equipped with IWC. The results of the performed experimental studies reveal that mutual synchronization error of the proposed method does not exceed 10 μs.
Internationale Projektarbeit
(2019)
Die Einführung von Projektmanagementstandards kostet nachweislich Zeit und Geld, bringt vorübergehende Unruhe in die Organisation und ist nicht selten durch eine lästige Kundenforderung initiiert. Durch die Beschränkung der Sichtweise auf diese Aspekte wird das Thema häufig als unangenehm empfunden. Wir möchten die Implementierung von PM-Standards aber als lohnende Investition vorstellen, Potenziale, Chancen und Synergien aufzeigen und eine solide Basis für zahlreiche Organisations- und Verbesserungsprojekte zur Einführung von PM-Standards schaffen.
A car is only useful, when it runs properly – but keeping a car it running is getting more and more complex. Car service providers need a deep knowledge about technical details of the different car models. On the other hand car producers try to keep this information in their ownership. Digital data collection takes place every second on the car´s product life cycle and is stored on the car producers´ servers. The contribution of this paper is three-fold: we will provide an overview of the current concepts of intelligent order assistant technologies (I). This corpus is used to come to a more precise description of the specific service performance aspects (II). Finally, a representative empirical study with German motor mechanics will help to evaluate the wishes and needs regarding an intelligent order assistant in the garage (III).
Printed Electronics is perceived to have a major impact in the fields of smart sensors, Internet of Things and wearables. Especially low power printed technologies such as electrolyte gated field effect transistors (EGFETs) using solution-processed inorganic materials and inkjet printing are very promising in such application domains. In this paper, we discuss a modeling approach to describe the variations of printed devices. Incorporating these models and design flows into our previously developed printed design system allows for robust circuit design. Additionally, we propose a reliability-aware routing solution for printed electronics technology based on the technology constraints in printing crossovers. The proposed methodology was validated on multiple benchmark circuits and can be easily integrated with the design automation tools-set.
Most machine learning methods require careful selection of hyper-parameters in order to train a high performing model with good generalization abilities. Hence, several automatic selection algorithms have been introduced to overcome tedious manual (try and error) tuning of these parameters. Due to its very high sample efficiency, Bayesian Optimization over a Gaussian Processes modeling of the parameter space has become the method of choice. Unfortunately, this approach suffers from a cubic compute complexity due to underlying Cholesky factorization, which makes it very hard to be scaled beyond a small number of sampling steps. In this paper, we present a novel, highly accurate approximation of the underlying Gaussian Process. Reducing its computational complexity from cubic to quadratic allows an efficient strong scaling of Bayesian Optimization while outperforming the previous approach regarding optimization accuracy. First experiments show speedups of a factor of 162 in single node and further speed up by a factor of 5 in a parallel environment.
In numerical calculations, guided acoustic waves, localized in two spatial dimensions, have been shown to exist and their properties have been investigated in three different geometries, (i) a half-space consisting of two elastic media with a planar interface inclined to the common surface, (ii) a wedge made of two elastic media with a planar interface, and (iii) the free edge of an elastic layer between two quarter-spaces or two wedge-shaped pieces of a material with elastic properties and density differing from those of the intermediate layer.
For the special case of Poisson media forming systems (i) and (ii), the existence ranges of these 1D guided waves in parameter space have been determined and found to strongly depend on the inclination angle between surface and interface in case (i) and the wedge angle in case (ii). In a system of type (ii) made of two materials with strong acoustic mismatch and in systems of type (iii), leaky waves have been found with a high degree of spatial localization of the associated displacements, although the two materials constituting these structures are isotropic.
Both the fully guided and the leaky waves analyzed in this work could find applications in non-destructive evaluation of composite structures and should be accounted for in geophysical prospecting, for example.
A critical comparison is presented of the two computational approaches employed, namely a semi-analytical finite element scheme and a method based on an expansion of the displacement field in a double series of special functions.
The high peak power in comparison to the average transmit power is one of the major long-standing problems in multicarrier modulation and is known as the PAPR (peak to average power ratio) problem. Many PAPR reduction methods have been devised and their comparison is usually based on the complementary cumulative distribution function (CCDF) of the PAPR. While this comparison is straightforward and easy to compute, its relationship with system performance metrics like the (uncoded) BER or the word error rate (WER) for coded systems is considerably more involved. We evaluate the impact of the PAPR on performance metrics like uncoded BER, EVM (error vector magnitude), mutual information and the WER for soft decoding. In this context, we find that system performance is not necessarily degraded by an increasing PAPR. We show that a high number of subcarriers, despite the corresponding high PAPR, is actually not a problem for the system performance and provide a simple explanation for this seemingly counter-intuitive fact.
Thermisch angetriebene (Adsorptions-)Kältemaschinen können mit einem verhältnismäßig geringen elektrischen Energieaufwand bzw. mit einer hohen elektrischen Leistungszahl Kälte bereitstel-len. Wird die zum Antrieb erforderliche Wärme aus industrieller Abwärme bereitgestellt, ist diese Kältebereitstellung energetisch effizienter als die Kältebereitstellung über eine Kompressionskäl-temaschine. Wird die Wärme jedoch in Kraft-Wärme-Kopplung bereitgestellt, ist die primärenergetische Bewertung sowohl von mehreren Teilwirkungsgraden als auch den Primärenergiefaktoren für den eingesetzten Brennstoff und die erzeugte bzw. bezogene elektrische Energie abhängig. Eine umfangreiche Messkampagne im Sommer 2018 liefert unter realitätsnahen Randbedingungen in einer Labor umgebung detaillierte Energiekennzahlen für einen typischen Tagesgang des Kältebedarfs. Damit gelingt es, Teilenergiekennwerte für die Planungspraxis abzuleiten und das Gesamtsystem energetisch mit einer konventionellen Kompressionskältemaschine zu vergleichen.
This book, now in its second, completely revised and updated edition, offers a critical approach to the challenging interpretation of the latest research data obtained using functional neuroimaging in whiplash injury. Such a comprehensive guide to recent and current international research in the field is more necessary than ever, given that the confusion regarding the condition and the medicolegal discussions surrounding it have increased further despite the publication of much literature on the subject. In recent decades especially the functional imaging methods – such as single-photon emission tomography, positron emission tomography, functional MRI, and hybrid techniques – have demonstrated a variety of significant brain alterations. Functional Neuroimaging in Whiplash Injury - New Approaches covers all aspects, including the imaging tools themselves, the various methods of image analysis, different atlas systems, and diagnostic and clinical aspects. The book will help physicians, patients and their relatives and friends, and others to understand this condition as a disease.
In this paper pathophysiological interrelated deactivation/activation phenomena are set out in the example of whiplash injury. These phenomena could have been underestimated in previous positron emission tomography studies as their focus was on hypoperfusion rather than hyperperfusion. In addition, statistical parametric mapping analysis of cerebral studies is normally not fine-tuned to special interesting areas rather than to obvious clusters of difference.
Hatte Maria einen Jodmangel?
(2019)
Auch wenn sie im Internet-Zeitalter zu einer Normalität werden, bleiben Ferndiagnosen unter Medizinern umstritten. Erst recht vorsichtig sollte man sein, wenn es sich bei dem Patienten um die leibliche Mutter Gottes handelt. Doch wenn man in diesem Gemälde eine authentische Dokumentation sieht, ist der Befund eindeutig: Maria hatte zum Zeitpunkt der Geburt ihres berühmten Sohns auffällig lange und schlanke Finger sowie eine Struma des Grads II bis III.
The Baroque composer Johann Sebastian Bach (1685–1750) has left us with many puzzles. The well-known oil painting by Elias Gottlob Haußmann is the only painting for which Bach actually posed in person. According to this portrait, Bach must have been quite obese. The cheeks and nose are flushed – possibly as signs of hypertension – and the eye lids are narrow – a sign of myopia. Furthermore, there is a thinning of the lateral third of the right eyebrow, which is known as Hertoghe’s sign, and indicated periorbital edema. Both signs are compatible with hypothyroidism. Bach might have been suffering from type-2 diabetes as the origin of his final illness, and the obituary reports two cataract surgeries by oculist John Taylor in March/April 1750, and, four months later, “apoplexy” followed by a high fever, of which Bach died. It may be speculated, however, that Bach’s entire illness was the result of his presumed obesity, possibly in combination with hypothyroidism.
Kommentar zum Artikel "Arthur Willis Goodspeed" von Otto Glasser, veröffentlicht in Science Vol. 98, Issue 2540, Seite 219 (doi.org/10.1126/science.98.2536.125).
Elektrische Antriebe sind ein innovationstreibender Kernbestandteil vieler industrieller Anlagen und Einrichtungen. Damit sie diese herausragende Rolle mit den daran geknüpften Erwartungen erfüllen können, ist neben optimierten Elektromotoren und sie speisenden, schnell schaltenden Stromrichterstellgliedern auch eine hochdynamische Regelung erforderlich. Diesem Umstand wird mit der angebotenen Veranstaltung in Form einer detaillierten Einführung in die Thematik der Regelung elektrischer Antriebe Rechnung getragen.
Erweiterung der Ackermann-Formel für Mehrgrößensysteme um Freiheitsgrade zur Führungsentkopplung
(2019)
Der Beitrag zeigt bisher nicht genutzte Freiheitsgrade beim Entwurf eines linearen, zeitinvarianten Zustandsreglers für steuerbare Mehrgrößensysteme auf, wenn dieser auf der Basis der Ackermann´schen Formel durchgeführt wird. Darüber hinaus wird dargelegt, wie diese Freiheitsgrade zur Führungsentkopplung gezielt eingesetzt werden können. Damit dies gelingt, wird wie in der einschlägigen Literatur eine Transformation der Zustandsgleichungen in eine teilsystemorientierte Struktur vorgenommen. Jedoch werden modifizierte Transformationsbeziehungen verwendet, die die benötigten Freiheitsgrade hervorbringen. Der Beitrag konzentriert sich hierbei auf zeitdiskrete Systeme, wenngleich die geschilderte Vorgehensweise grundsätzlich auch bei zeitkontinuierlichen Systemen anwendbar ist. Angesichts der gewählten Methodik, die Regelungseigenwerte vorzugeben und die verbleibenden Freiheitsgrade zur Erfüllung weiterer Forderungen an den Regler heranzuziehen, ist das vorgestellte Verfahren eine unmittelbare Alternative zu anderen Polvorgabeverfahren wie z. B. zur Vollständigen Modalen Synthese. Im Fall einer nicht realisierbaren vollständigen Führungsentkopplung bietet die vorgestellte Methode die Möglichkeit einer Lösungsfindung, bei der die verbleibenden Verkopplungen im Sinne eines quadratischen Gütemaßes minimiert werden.
Im Beitrag wird für lineare, zeitinvariante, zeitdiskrete und stabile Regelstrecken beschrieben, wie zwei bekannte Zustandsraumverfahren zur Windup-Vermeidung so miteinander kombiniert werden können, dass dadurch für sämtliche PI-Zustandsregler Strecken- und Regler-Windup verhindert wird, sofern diese Regler im unbegrenzten Fall stabil sind. Zurückgegriffen wird hierbei auf das „Additional Dynamic Element“ (ADE) von Hippe zur Vermeidung von Strecken-Windup [Hippe, P.: Windup in control – Its effects and their prevention, 2006; at – Automatisierungstechnik, 2007], dessen Übertragung auf zeitdiskrete Systeme im Beitrag kurz skizziert wird, sowie auf das Verfahren der Führungsgrößenkorrektur [Nuß, U.: at – Automatisierungstechnik, 2017] zur Vermeidung von Regler-Windup. Das vorgestellte Kombinationsverfahren setzt für die jeweilige Regelstrecke lediglich die Einbeziehung eines bereits existierenden P-Zustandsreglers voraus, der Strecken-Windup vermeidet. Die Bereitstellung eines möglichst einfachen und dennoch nicht allzu einschränkenden Kriteriums zur Überprüfung, ob ein P-Zustandsregler diese Eigenschaft besitzt, ist ebenfalls ein Anliegen des Beitrags. Diesbezüglich wird auf der Basis einer geeigneten Ljapunow-Funktion ein hinreichendes Kriterium angegeben, das umfassender ist als das in [Nuß, U.: at – Automatisierungstechnik, 2017] verwendete. Ein Beispiel aus der elektrischen Antriebstechnik demonstriert die Leistungsfähigkeit der vorgestellten Methode.
Enabling ultra-low latency is one of the major drivers for the development of future cellular networks to support delay sensitive applications including factory automation, autonomous vehicles and tactile internet. Narrowband Internet of Things (NB-IoT) is a 3 rd Generation Partnership Project (3GPP) Release 13 standardized cellular network currently optimized for massive Machine Type Communication (mMTC). To reduce the latency in cellular networks, 3GPP has proposed some latency reduction techniques that include Semi Persistent Scheduling (SPS) and short Transmission Time Interval (sTTI). In this paper, we investigate the potential of adopting both techniques in NB-IoT networks and provide a comprehensive performance evaluation. We firstly analyze these techniques and then implement them in an open-source network simulator (NS3). Simulations are performed with a focus on Cat-NB1 User Equipment (UE) category to evaluate the uplink user-plane latency. Our results show that SPS and sTTI have the potential to greatly reduce the latency in NB-IoT systems. We believe that both techniques can be integrated into NB-IoT systems to position NB-IoT as a preferred technology for low data rate Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC) applications before 5G has been fully rolled out.
Low latency communication is essential to enable mission-critical machine-type communication (mMTC) use cases in cellular networks. Factory and process automation are major areas that require such low latency communication. In this paper, we investigate the potential of adopting the semi-persistent scheduling (SPS) latency reduction technique in narrowband LTE (NB-LTE) networks and provide a comprehensive performance evaluation. First, we investigate and implement SPS in an open-source network simulator (NS3). We perform simulations with a focus on LTE-M and Narrowband IoT (NB-IoT) systems and evaluate the impact of the SPS technique on the uplink latency of these narrowband systems in real industrial automation scenarios. The performance gain of adopting SPS is analyzed and the results is compared with the legacy dynamic scheduling. Our results show that SPS has the potential to reduce the latency of cellular Internet of Things (cIoT) networks. We believe that SPS can be integrated into LTE-M and NB-IoT systems to support low-latency industrial applications.
Printed systems spark immense interest in industry, and for several parts such as solar cells or radio frequency identification antennas, printed products are already available on the market. This has led to intense research; however, printed field-effect transistors (FETs) and logics derived thereof still have not been sufficiently developed to be adapted by industry. Among others, one of the reasons for this is the lack of control of the threshold voltage during production. In this work, we show an approach to adjust the threshold voltage (Vth) in printed electrolyte-gated FETs (EGFETs) with high accuracy by doping indium-oxide semiconducting channels with chromium. Despite high doping concentrations achieved by a wet chemical process during precursor ink preparation, good on/off-ratios of more than five orders of magnitude could be demonstrated. The synthesis process is simple, inexpensive, and easily scalable and leads to depletion-mode EGFETs, which are fully functional at operation potentials below 2 V and allows us to increase Vth by approximately 0.5 V.
Oxidation of the nickel electrode is a severe aging mechanism of solid oxide fuel cells (SOFC) and solid oxide electrolyzer cells (SOEC). This work presents a modeling study of safe operating conditions with respect to nickel oxide formation. Microkinetic reaction mechanisms for thermochemical and electrochemical nickel oxidation are integrated into a 2D multiphase model of an anode‐supported solid oxide cell. Local oxidation propensity can be separated into four regimes. Simulations show that the thermochemical pathway generally dominates the electrochemical pathway. As a consequence, as long as fuel utilization is low, cell operation considerably below electrochemical oxidation limit of 0.704 V is possible without the risk of reoxidation.
Bei der Auslegung von geschraubten Stirnplattenstößen mit elastomerer Trennschicht dürfen gemäß Eurocode 3 lediglich die Flansche für eine Übertragung der Schnittgrößen berücksichtigt werden. Unsere Untersuchungen zeigen, dass auch die Stege für eine Bemessung herangezogen werden sollten. Sie tragen zu einer gleichmäßigeren Spannungsverteilung im Elastomerlager bei und erlauben somit höhere Belastungen bei gleichbleibenden Abmessungen.
Basis der FE-Analysen sind ein- und zweiachsige Zug- und Druckversuche, die das komplexe Materialverhalten der elastomeren Trennschicht erfassen. Die Übereinstimmung von Messung und Simulation ist sehr gut, was insbesondere auf das verwendete Materialgesetz zurückzuführen ist: ein nicht-linear viskoelastischer Ansatz in Kombination mit dem hyperelastischen Marlow-Modell.
Es hat sich herausgestellt, dass der Reibungskoeffizient und die Querkontraktionszahl des Elastomerlagers maßgeblich das Tragverhalten der geschraubten Stirnplattenstöße beeinflussen.
Mathematik 2 Beweisaufgaben
(2019)
Der zweite Band der Beweisaufgabensammlung richtet sich an angehende Ingenieure und Naturwissenschaftler, die die im Rahmen einer Mathematik 2-Vorlesung behandelten Formeln nicht nur anwenden, sondern selbst herleiten wollen. Bei der Zusammenstellung des Inhalts wurde großer Wert auf Vollständigkeit gelegt, weshalb sich die Beweise hinsichtlich Umfang und Schwierigkeitsgrad mitunter sehr deutlich voneinander unterscheiden. Um die Herleitung der auf Lern- und Klausur-Formelsammlung aufgeteilten mathematischen Gleichungen und Regeln zu erleichtern, wird eine Dreiteilung der Beweise in Aufgabe, Lösungshinweis und Lösung vorgenommen. Umfangreichere Herleitungen sind in Teilaufgaben zerlegt und anspruchsvollere Beweise durch Sternchen bzw. durch Sterne kenntlich gemacht.
Background: Pulmonary vein isolation (PVI) using cryoballoon catheters are a recognized method for the treatment of atrial fibrillation (AF). This method offers shorter treatment duration in contrast to the classical therapy with high-frequency (HF) ablation.
Purpose: The aim of this study was to integrate different cryoballoon catheters and a HF catheter into a heart rhythm model and to compare them by means of static and dynamic electromagnetic and thermal simulation in use under AF.
Methods: The cryoballoon catheters from Medtronic and the HF ablation catheter from Osypka were modelled virtually with the aid of manufacturer specifications and the CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) simulation program. The cryoballoon catheter was located in the lower left pulmonary vein of the virtual heart rhythm model for the realization of pulmonary vein isolation (PVI) by cryoenergy. The simulated temperature at the balloon surface was -50°C during the simulation.
Results: During a simulated 20 second application of a cryoballoon catheter at -50°C, a temperature of -24°C was measured at a depth of 0.5 mm in the myocardium. At a depth of 1 mm the temperature was -3°C, at 2 mm depth 18°C and at 3 mm depth 29°C. Under the 15 second application of a RF catheter with a 8 mm electrode and a power of 5 W at 420 kHz, the temperature at the tip of the electrode was 110°C. At a depth of 0.5 mm in the myocardium, the temperature was 75°C, at a depth of 1 mm 58°C, at 2 mm depth 45°C and at 3 mm depth 38°C.
Conclusions: The simulation of temperature profiles during the virtual application of several catheter models in the heart rhythm model allows the static and dynamic simulation of PVI by cryoballoon ablation and RF ablation. The three-dimensional simulation can be used to improve ablation applications by creating a model in personalized cardiac rhythm therapy from MRI or CT data of a heart and finding a favourable position for ablation of AF.
Hintergrund: Die Pulmonalvenenisolation (PVI) mit Hilfe von Kryoballonkathetern ist eine anerkannte Methode zur Behandlung von Vorhofflimmern (AF). Diese Methode bietet eine kürzere Behandlungsdauer als die klassische Therapie durch die Hochfrequenzablation (HF). Ziel dieser Studie war es, verschiedene Kryoballonkatheter, HF-Katheter und Ösophaguskatheter in ein Herzrhythmusmodell zu integrieren und mittels statischer und dynamischer Simulation elektrische und thermische Felder bei PVI unter Vorhofflimmern zu untersuchen.
Methodik: Die Modellierung und Simulation erfolgte mit der elektromagnetischen und thermischen Simulationssoftware CST (CST Darmstadt). Zwei Kryoballons, ein HF-Ablationskatheter und ein Ösophaguskatheter wurden auf der Grundlage der technischen Handbücher der Hersteller Medtronic und Osypka modelliert. Der 23 mm Kryoballon und ein kreisförmiger Mappingkatheter wurden in das Offenburger Herzrhythmusmodell integriert, insbesondere die left inferior pulmonary vein (LIPV) zur Simulation der thermischen Feldausbreitung während einer PVI. Die Simulation einer PVI mit HF-Energie wurde mit dem integrierten HF-Ablationskatheter in der Nähe der LIPV durchgeführt. Der im Herzrhythmusmodell platzierte TO8 Ösophaguskatheter ermöglichte die Ableitung linksatrialer elektrischer Felder bei AF und die Analyse thermischer Felder während PVI.
Ergebnisse: Elektrische Felder konnten bei Sinusrhythmus und AF mit einem AF-Fokus in der LIVP statisch und dynamisch im Herzen und Ösophagus simuliert werden. Bei einer simulierten 20 Sekunden Applikation eines Kryoballon-Katheters bei -50°C wurde eine Temperatur von -24°C in einer Tiefe von 0,5 mm im Myokard gemessen. In einer Tiefe von 1 mm betrug die Temperatur -3°C, bei 2 mm Tiefe 18°C und bei 3 mm Tiefe 29°C. Unter der 15 sekündigen Anwendung eines HF-Katheters mit einer 8-mm-Elektrode und einer Leistung von 5 W bei 420 kHz betrug die Temperatur an der Spitze der Elektrode 110°C. In einer Tiefe von 0,5 mm im Myokard betrug die Temperatur 75°C, in einer Tiefe von 1 mm 58°C, in einer Tiefe von 2 mm 45°C und in einer Tiefe von 3 mm 38°C. Im Ösophagus konnte bei den meisten Simulationen eine konstante Temperatur von 37°C gemessen und die Gefahr einer Ösophagus-Fistel ausgeschlossen werden. Bei Kryoablation der LIPV wurde eine Abkühlung des Ösophagus auf 30°C gemessen.
Schlussfolgerungen: Die Herzrhythmussimulation elektrischer und thermaler Felder ermöglichen mit Anwendung unterschiedlicher Herzkatheter eine statische und dynamische Simulation von PVI durch Kryoablation, HF-Ablation und Temperaturanalyse im Ösophagus. Unter Einbeziehung von MRT- oder CT-Daten können elektrische und thermale Simulationen möglicherweise zur Optimierung von PVIs genutzt werden.
Die Pulmonalvenenisolation (PVI) mithilfe von Kryoballonkathetern ist eine anerkannte Methode zur Behandlung von Vorhofflimmern (AF). Diese Methode bietet eine kürzere Behandlungsdauer als die klassische Therapie durch die Hochfrequenz- (HF) Ablation. Ziel dieser Studie war es, verschie-dene Kryoballonkatheter, HF-Ablationskatheter und Ösophaguskatheter in ein Herzrhythmusmodell zu integrieren und mit statischer und dynamischer Simulation elektrische und thermische Felder bei PVI unter Vorhofflimmern zu untersuchen.
Apache Hadoop is a well-known open-source framework for storing and processing huge amounts of data. This paper shows the usage of the framework within a project of the university in cooperation with a semiconductor company. The goal of this project was to supplement the existing data landscape by the facilities of storing and analyzing the data on a new Apache Hadoop based platform.
Top-level staff prefers to live in urban areas with perfect social infrastructure. This is a common problem for excellent companies (“hidden champions”) in rural areas: even if they can provide the services qualified applicants appreciate for daily living, they fail to attract them because important facts are not presented sufficiently in social media or on the corporate website. This is especially true for applicants with families. The contribution of this paper is four-fold: we provide an overview of the current state of online recruiting activities of hidden champions (1). Based on this corpus, we describe the applicant service gap for company information in rural communes (2). A study on user experience (UX) identifies the applicants’ wishes and needs, focusing on a family-oriented information system on living conditions in rural areas (3). Finally, we present the results of an online survey on the value of such information systems with more than 200 participants (4).
Kleinstlebewesen vorgestellt, das Vitalparameter erfasst und diese in einem FRAM-Speicher bis zum Auslesen abspeichert. Durch eine drahtlose RFID-/NFC-Ausleseschnittstelle kann die erfasste Körpertemperatur und der Puls der letzten Wochen ausgelesen werden. Alle Einstellungen des Messsystems können durch einen geeigneten RFID-Reader für Laptops oder durch Smartphones über die NFC-Schnittstelle geändert werden. Das vollständige Aufladen des nur 3 g leichten und 15 mm x 25 mm großen Messsystems erfolgt durch eine selbstgedruckte RFID-Reader-Antenne in Verbindung mit einem RFID-Reader und benötigt hierzu weniger als 21 Stunden. Bei vollständig aufgeladenem Energiespeicher ist ein Betrieb von 47 Tagen möglich. Dies wird durch ein speziell für das Messsystem konzipiertes Lade- und Powermanagement erreicht. Neben der Auswahl von energiesparenden Komponenten für die Hardware und deren bestmöglichen Nutzung, wurde die Software so optimiert, dass das Programm schnell und stromsparend abgearbeitet wird. Die Erweiterbarkeit und Anpassung wird durch das modulare Konzept auch in anderen Bereichen gewährleistet.
In thermomechanisch hochbelasteten Bauteilen begrenzt das Wachstum von Ermüdungsrissen die Bauteillebensdauer. Es kommen Lebensdauermodelle und Finite-Elemente Simulationen zum Einsatz, um ein vorzeitiges Bauteilversagen zu verhindern. Hierbei werden im Allgemeinen deterministische Werkstoffeigenschaften unterstellt, sodass die Information über die im realen Werkstoff auftretenden Streuungen verloren geht, was eine Unsicherheit im Auslegungsprozess mit sich bringt. In der vorliegenden Ausarbeitung werden Methoden zur adäquaten Bestimmung der Werkstoffkennwerte und zur Beschreibung ihrer Streuung durch statistische Verteilungen entwickelt. Einen wesentlichen Aspekt der Arbeit stellt die Bestimmung von objektiven Werkstoffkennwerten dar, zu deren Zweck ein Robustheitskriterium eingeführt wird. Anhand zahlreicher Versuchsdatensätze der Nickelbasislegierung MARM247 und des niobstabilisierten austenitischen Stahls X6 CrNiNb 18-10 kann diese Methodik ausgearbeitet werden und führt auf ein probabilistisches Lebensdauermodell, dass die Abschätzung des Einfluusses von statistisch verteilten Werkstoffkennwerten auf die Ermüdungslebensdauer erlaubt. Als Ergebnis einer Monte-Carlo Simulation zeigt sich, dass im Vergleich von deterministischer zu probabilistischer Lebensdauerbewertung eine probabilistische Auswertung bei beiden untersuchten Werkstoffen zu einem um circa Faktor zwei größeren Streuband in der Lebensdauer führt. In einem Bauteilkonzept wird die anhand der Versuchsdaten erarbeitete Methodik erweitert, sodass eine Abschätzung des Ein usses von streuenden Werkstoffeigenschaften auf Bauteilebene durch Finite-Elemente Simulationen möglich wird. Es kommt das Two-Layer-Viscoplasticity Modell zum Einsatz. Um die Streuung seiner Werkstoffkennwerte ermitteln zu können, reicht die vorliegende Datenbasis nicht aus, sodass Annahmen zu den Werkstoffkennwerten getroffen werden müssen.
Medical devices accompany our everyday life and come across in situations of worse condition, in significant moments concerning the health or during routine checkups. To ensure flawless operations and error-free results it is essential to test applications and devices. High risks for patient’s health come with operating errors [33] so that the presented research project, called Professional UX, identifies signals and irritations caused by the interaction with a certain device by analyzing mimic, voice and eye tracking data during user experience tests. Besides, this paper will provide information on typical errors of interactive applications which are based on an empirical lab-based survey and the evaluated results achieved. The pictured proceeding of user experience tests and the following analysis can also be applied to other fields and serves as a support for the optimization of products and systems.
Hochspannungs-Mischstrom-Übertragung (HMÜ) - Eine Ergänzung zu bestehenden Übertragungstechnologien?
(2019)
Bei der Mischstromübertragung wird einem Wechselstrom direkt ein Gleichstrom überlagert. Wechselstrom und Gleichstrom werden also auf dem gleichen Seil geführt.
Dadurch könnten die bereits bestehenden Drehstrom-Übertragungs-Strecken des Übertragungsnetzes genutzt werden.
Durch eine Aufschaltung des Gleichstromes auf vorhandene Freileitungen kann theoretisch bei kurzen Leitungen (<150km) bis zu 50% mehr Wirkleistung und bei großen Übertragungsstrecken (>300km) in etwa eine Verdopplung der übertragbaren Wirkleistung erwartet werden.
Theoretisch betrachtet ist die Mischstrom-Übertragung eine geometrische Addition aller Strom- und Spannungskomponenten, was zu einer Erhöhung der Leiter-Erde-Spannung führt, ohne dabei Einfluss auf die verkettete Spannung zu nehmen.
Außerdem wird die Übertragung von Blindströmen unnötig, da ein natürlicher Betrieb von Leitungen des HDÜ-Netzes empfehlenswert ist.
Die theoretischen Betrachtungen konnten mathematisch bewiesen und die technische Umsetzung mit einem 1:1000-Modellsystem demonstriert und bestätigt werden.
The measurement of the active material volume fraction in composite electrodes of lithium-ion battery cells is difficult due to the small (sub-micrometer) and irregular structure and multi-component composition of the electrodes, particularly in the case of blend electrodes. State-of-the-art experimental methods such as focused ion beam/scanning electron microscopy (FIB/SEM) and subsequent image analysis require expensive equipment and significant expertise. We present here a simple method for identifying active material volume fractions in single-material and blend electrodes, based on the comparison of experimental equilibrium cell voltage curve (open-circuit voltage as function of charge throughput) with active material half-cell potential curves (half-cell potential as function of lithium stoichiometry). The method requires only (i) low-current cycling data of full cells, (ii) cell opening for measurement of electrode thickness and active electrode area, and (iii) literature half-cell potentials of the active materials. Mathematical optimization is used to identify volume fractions and lithium stoichiometry ranges in which the active materials are cycled. The method is particularly useful for model parameterization of either physicochemical (e.g., pseudo-two-dimensional) models or equivalent circuit models, as it yields a self-consistent set of stoichiometric and structural parameters. The method is demonstrated using a commercial LCO–NCA/graphite pouch cell with blend cathode, but can also be applied to other blends (e.g., graphite–silicon anode).
Modeling and simulation play a key role in analyzing the complex electrochemical behavior of lithium-ion batteries. We present the development of a thermodynamic and kinetic modeling framework for intercalation electrochemistry within the open-source software Cantera. Instead of using equilibrium potentials and single-step Butler-Volmer kinetics, Cantera is based on molar thermodynamic data and mass-action kinetics, providing a physically-based and flexible means for complex reaction pathways. Herein, we introduce a new thermodynamic class for intercalation materials into the open-source software. We discuss the derivation of molar thermodynamic data from experimental half-cell potentials, and provide practical guidelines. We then demonstrate the new class using a single-particle model of a lithium cobalt oxide/graphite lithium-ion cell, implemented in MATLAB. With the present extensions, Cantera provides a platform for the lithium-ion battery modeling community both for consistent thermodynamic and kinetic models and for exchanging the required thermodynamic and kinetic parameters. We provide the full MATLAB code and parameter files as supplementary material to this article.
Kaum eine Vorschrift aus jüngster Zeit ist wohl so umstritten wie die EU-Richtlinie 2019/790/EG des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates über das Urheberrecht und die verwandten Schutzrechte im digitalen Binnenmarkt, die einer Urheberrechtsreform in ganz Europa den Weg ebnet und vor allem eine gerechtere Entlohnung von Urhebern im Internetzeitalter bewirken soll. Mit Blick auf unsere heutige Zeit, die so schön als „digitales Zeitalter“ bezeichnet wird, dürfte sich gar nicht erst die Frage stellen, ob das Urheberrecht, wie wir es heute kennen, den Entwicklungen im Internet nicht mehr schritthalten kann und eine Reform dringend von Nöten ist. Mit der Richtlinie 2001/29/EG stammen die letzten Änderungen immerhin aus dem Jahr 2001 und demnach aus einer Zeit fernab von YouTube, Facebook, Twitter und anderer bekannter Social-Media-Riesen. Einer Zeit, in der dem deutschen Gesetzgeber gar nicht erst der Gedanke aufgekommen sein dürfte, dass es irgendwann möglich sein könnte, urheberrechtlich geschützte fremde Inhalte in Form von Texten, Bildern, Musik oder Videos auf vielfache Weise in Sekundenschnelle zu vervielfältigen und zu verbreiten wie es heutzutage weltweit in erheblichem Ausmaß geschieht. Niemals zuvor war es so einfach Urheberrechte zu verletzen, zumal Personen, die eine solche Rechtsverletzung begehen, in der Anonymität und Fülle des Internets schwer zu identifizieren sind und von negativen Folgen häufig verschont bleiben – zum Leidwesen der Urheber.