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Die drei großen Hersteller von Cochlea-Implantat (CI)-Systemen ermöglichen es klinischen Audiologen, die Mikrofoneigenschaften der meisten CI-Sprachprozessoren zu prüfen. Dazu können bei diesen Sprachprozessoren Monitorkopfhörer angeschlossen und das/die Mikrofon(e) inklusive eines Teils der Signalvorverarbeitung abgehört werden. Präzise Angaben dazu, mit welchen Stimuli, bei welchem Pegel und nach welchem Kriterium diese Prüfung stattfinden soll, machen die CI-Hersteller nicht. Auf Basis dieser Prüfung soll der Audiologe dann über die Funktion der Mikrofone und damit darüber entscheiden, ob der betreffende Sprachprozessor an den Hersteller eingeschickt wird oder nicht.
Zur Objektivierung der CI-Sprachprozessor-Mikrofon-Prüfung haben wir eine Testbox entwickelt, mit der alle abhörbaren aktuellen CI-Sprachprozessoren der drei großen Hersteller geprüft werden können. Die Box wurde im 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Der zu prüfende Sprachprozessor wird in die Messbox eingehängt und über einen darin verbauten Lautsprecher mit definierten Prüfsignalen (Sinustöne unterschiedlicher Frequenz) beschallt. Das Mikrofonsignal wird über das Kabel der Monitorkopfhörer herausgeführt und mit einer Shifting- and Scaling-Schaltung in einen Spannungsbereich transformiert, der für die AD-Wandlung mit einem Mikrokontroller (ATmega1280 verbaut auf einem Arduino Mega) geeignet ist. Derselbe Mikrokontroller übernimmt über einen eigens gebauten DA-Wandler die Ausgabe der Sinustöne über den Lautsprecher. Signalaufnahme und –wiedergabe erfolgen mit jeweils 38,5 kHz Samplingrate. Der für jede Frequenz über mehrere Perioden des Prüfsignals ermittelte Effektivwert wird mit dem Effektivwert, der mit einem neuwertigen Referenzprozessor für diese Frequenz gemessen wurde, verglichen. Die Messergebnisse werden graphisch auf einem Display ausgegeben.
Derzeit läuft eine erste Datenerhebung mit in der Klinik subjektiv auffällig gewordenen CI-Sprachprozessoren, die anschließend in der Messbox untersucht werden. So sollen realistische Schwellen für kritische Abweichungen von den Referenz-Effektivwerten ermittelt werden. Im weiteren Verlauf sollen dann Hit und False Alarm-Raten der subjektiven Prüfung bestimmt werden.
The ability to detect a target signal masked by noise is improved in normal-hearing listeners when interaural phase differences (IPDs) between the ear signals exist either in the masker or in the signal. To improve binaural hearing in bilaterally implanted cochlear implant (BiCI) users, a coding strategy providing the best possible access to IPDs is highly desirable. Outcomes of a previous study (Zirn, Arndt et al. 2016) revealed that a subset of BiCI users showed improved IPD detection thresholds with the fine structure processing strategy FS4 compared to the constant rate strategy HDCIS using narrowband stimuli. In contrast, little differences between the coding strategies were found for broadband stimuli with regard to binaural speech intelligibility level differences (BILD) as an estimate of binaural unmasking. Compared to normalhearing listeners (7.5 ± 1.2 dB) BILD were small in BiCI users (around 0.5 dB with both coding strategies).
In the present work, we investigated the influence of binaural fitting parameters on BILD. In our cohort of BiCI users many were implanted with electrode arrays differing in length left versus right. Because this length difference typically corresponded to the distance of two electrode contacts the first modification of bilateral fitting was a tonotopic adjustment by deactivation of the most apical electrode contact on the side with the deeper inserted array (tonotopic approach).
The second modification was the isolation of the residual, most apical electrode contacts by deactivation of the basally adjacent electrode contact on each side (tonotopic sparse approach). Applying these modifications, BILD improved by up to 1.5 dB.
Das normalhörende auditorische System ist in der Lage, interaurale Zeit- bzw. Phasendifferenzen zur verbesserten Signaldetektion im Störgeräusch zu nutzen. Dieses Phänomen wird häufig als binaurale Entmaskierung bezeichnet und ist sowohl bei einfachen Signalen wie Sinustönen, als auch bei Sprachsignalen im Störgeräusch wirksam. Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass binaurale Entmaskierung eingeschränkt auch bei bilateralen CI-Trägern beobachtbar ist (Zirn et al., 2016).
Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass die binaurale Entmaskierung sensitiv gegenüber der bilateralen CI-Anpassung ist. So lässt sich der Effekt durch tonotopen Abgleich und Herausstellen eines apikalen Feinstrukturkanals modulieren. Steigerungen der binauralen Entmaskierung um bis zu 1,5 dB sind auf diese Weise gegenüber der konventionellen CI-Anpassung möglich. Allerdings variiert der Einfluss der CI-Anpassung interindividuell erheblich.
Objectives: Speech recognition on the telephone poses a challenge for patients with cochlear implants (CIs) due to a reduced bandwidth of transmission. This trial evaluates a home-based auditory training with telephone-specific filtered speech material to improve sentence recognition. Design: Randomised controlled parallel double-blind. Setting: One tertiary referral centre. Participants: A total of 20 postlingually deafened patients with CIs. Main outcome measures: Primary outcome measure was sentence recognition assessed by a modified version of the Oldenburg Sentence Test filtered to the telephone bandwidth of 0.3-3.4 kHz. Additionally, pure tone thresholds, recognition of monosyllables and subjective hearing benefit were acquired at two separate visits before and after a home-based training period of 10-14 weeks. For training, patients received a CD with speech material, either unmodified for the unfiltered training group or filtered to the telephone bandwidth in the filtered group. Results: Patients in the unfiltered training group achieved an average sentence recognition score of 70.0%±13.6% (mean±SD) before and 73.6%±16.5% after training. Patients in the filtered training group achieved 70.7%±13.8% and 78.9%±7.0%, a statistically significant difference (P=.034, t10 =2.292; two-way RM ANOVA/Bonferroni). An increase in the recognition of monosyllabic words was noted in both groups. The subjective benefit was positive for filtered and negative for unfiltered training. Conclusions: Auditory training with specifically filtered speech material provided an improvement in sentence recognition on the telephone compared to training with unfiltered material.
Die Virtual Reality (VR) ist eine spannende technische Lösung, um virtuelle Welten zu erschaffen. Die dabei simulierten Immersionen faszinieren die Menschen im privaten Leben, in der Forschung und in der Wirtschaft gleichermaßen. Im monatlichen Zyklus präsentieren namhafte Hersteller neue VR‐Geräte und Softwarelösungen, um die virtuelle Welt noch flüssiger und noch hochauflösender darzustellen. Die Einsatzgebiete hierbei zeigen sich unendlich vielseitig und verteilen sich unter anderem auf den privaten Medienkonsum, die innovative Gaming‐Branche und auf unternehmerische Anwendungsmöglichkeiten. Virtuelle Rundgänge durch Hallen und Betriebe schaffen dem Verkäufer und dem Kunden die Möglichkeit, Produkte schon vor ihrer Fertigstellung gemeinsam als visuelles Objekt im Raum zu betrachten. Die Gestaltung virtueller Erlebnistouren oder Rundgänge durch das geplante Eigenheim sind schon seit ein paar Jahren fester Bestandteil in der Marketingkommunikation.
Die Digitalisierung der Gesellschaft betrifft nicht nur einzelne Lebensbereiche, sondern beeinflusst und verändert enorm die Arbeitswelt. In diesem Sinne wird oft im Rahmen des Zukunftsprojekts Industrie 4.0 von Arbeiten 4.0, Arbeitswelt 4.0 und Arbeitsrecht 4.0 berichtet. Komplexe Produktionsprozesse lassen sich durch die Vernetzung von Systemen zu unterschiedlichen Zeiten und an nahezu jedem Ort steuern. Diese neuen Freiheiten können wiederum von den Arbeitnehmern positiv genutzt werden, um die persönliche Arbeitsgestaltung weiter zu individualisieren. Somit können beispielsweise die Arbeitszeiten und der Arbeitsort an die eigenen Bedürfnisse angepasst werden. Außerdem können diese sich neu ergebenden Möglichkeiten die Beschäftigten in ihrer Arbeitstätigkeit entlasten. Durch die Einführung neuer Technologien ergeben sich somit neue Chancen, aber auch Herausforderungen für das Arbeitsrecht. Infolgedessen sind diverse Handlungsfelder beziehungsweise Problemfelder betroffen, die es in diesem neuen Arbeitspapier darzustellen gilt. Es bezieht sich dabei speziell auf die Arbeitszeit, den Arbeitsort, die Arbeitnehmerqualifikation und die Datensicherheit. In diesem Zusammenhang werden die derzeit bestehenden Gesetze und Richtlinien aufgezeigt, die im Rahmen der Industrie 4.0 eine Rolle spielen. Auch die Herausforderungen, die durch die Interaktion der Digitalisierung in der Arbeitswelt aufkommen, gilt es, in diesem Arbeitspapier hervorzuheben.
Strategische Analysetechniken ermöglichen langfristig eine strukturierte Erfassung unternehmensinterner Ressourcen in Ausrichtung auf den Markt. Die hier beschriebenen Basis-Techniken umfassen das Produkt-Lebenszyklusanalyse-Modell, verschiedene Typen der Portfolio-Analyse, die Wertketten-Analyse und die SWOT-Analyse. Diese Techniken unterstützen das Marketing-Controlling, Geschäftsfeld- und Marktanalysen für das Management zu erstellen und strategische Handlungsoptionen abzuleiten.
Social Media-Controlling
(2017)
Online-Marketing-Controlling
(2017)
Die Unternehmenslandschaft, nicht nur in Deutschland, sondern weltweit, wird aktuell gerade in all ihren Bereichen vor allem von der stetig wachsenden Welle der Digitalisierung nachhaltig geprägt. Die ganzen Auswirkungen davon in der Zukunft lassen sich im Augenblick oft noch nicht einmal ansatzweise erahnen. Das hier zu beobachtende Collingridge-Dilemma besteht darin, dass Wirkungen nicht leicht prognostiziert werden können, solange die betreffenden Technologien noch nicht ausreichend entwickelt und in Folge entsprechend weit verbreitet sind. Deren Gestalten beziehungsweise gewünschtes Ändern und Anpassen werden jedoch umso schwieriger, je intensiver die Technologien bereits verwurzelt sind. Die Digitalisierung stellt dabei nur einen, wenn auch wohl gravierendsten Aspekt derartiger Veränderungserscheinungen beziehungsweise -herausforderungen dar. Der Wandel des wirtschaftlichen und politischen Umfeldes auf globaler Ebene ist unumstritten. Zugleich ist eine zunehmende Komplexität festzustellen, die es erschwert, im Sinne einer verlässlichen Planung heute solide fundierte Entscheidungen für die zukünftige Entwicklung zu treffen.
The aim of the smart grid is to achieve more efficient, distributed and secure supply of energy over the traditional power grid by using a bidirectional information flow between the grid agents (e.g. generator node, customer). One of the key optimization problems in smart grid is to produce power among generator nodes with a minimum cost while meeting the customer demand, known as Economic Dispatch Problem (EDP). In recent years, many distributed approaches to solve EDP have been proposed. However, protecting the privacy-sensitive data of individual generator nodes has been largely overlooked in the existing solutions. In this work, we show an attack against an existing auction-based EDP protocol considering a non-colluding semi-honest adversary. We briefly introduce our approach to a practical privacy-preserving EDP solution as our work in progress.
Biological in situ methanation: Gassing concept and feeding strategy for enhanced performance
(2017)
The expansion of fluctuating renewable electricity production from wind and solar energy requires huge storage capacities. Power-to-gas (PtG) can contribute to tackle that issue via a two-step process, the electrolytic production of hydrogen and a subsequent methanation step (with additional CO2). The resulting fully grid compatible methane, also known as synthetic natural gas (SNG), can be both stored and transported in the vast existing natural gas infrastructure.
To overcome current major drawbacks of PtG, the relatively low efficiency and the high costs, we developed an improved method for the methanation step. In our approach we use a further development of the biological in situ methanation of hydrogen in biogas plants. Because this strategy uses directly internal residual CO2 from the biogas process in the biogas plant, you neither need additional external CO2 nor special reactors. Thus, PtG is combined with the production of an upgraded highly methane rich raw biogas.
However, the low solubility of hydrogen in aqueous solutions and the exploitation of the maximum biological production rates are still an engineering challenge for high performance biological in situ methanation.
In our experiments a setup with membrane gassing turned out to be most promising to ensure a sufficient gas liquid mass transfer of the hydrogen. The monitoring of hydrogenotrophic and aceticlastic archaea showed some adaption of these microbial subgroups to the hydrogen feed.
In order to achieve high methane concentrations of more than 90 % in the raw biogas a CO2-controlled hydrogen feed flow rate is suggested. For methane concentrations lower than 90 % simple current controlled hydrogen supply can be applied.
We present a two-dimensional (2D) planar chromatographic separation of estrogenic active compounds on RP-18 W (Merck, 1.14296) phase. A mixture of 8 substances was separated using a solvent mix consisting of hexane, ethyl acetate, acetone (55:15:10, v/v) in the first direction and of acetone and water (15:10, v/v) in the second direction. Separation was performed on an RP-18 W plate over a distance of 70 mm. This 2D-separation method can be used to quantify 17α-ethinylestradiol (EE2) in an effect-directed analysis, using the yeast strain Saccharomyces cerevisiae BJ3505. The test strain (according to McDonnell) contains the estrogen receptor. Its activation by estrogen active compounds is measured by inducing the reporter gene lacZ which encodes the enzyme β-galactosidase. This enzyme activity is determined on plate by using the fluorescent substrate MUG (4-methylumbelliferyl-β-d-galactopyranoside).
Qualitative Wissenschaft, künstlerisches Forschen und forschendes Lernen verbinden Erkenntnis aus Praxis und Erfahrung. In der Autoethnographie der eigenen Werkstatt des Hörens wie der Kultur in Studios anderer, wird die noch neue Interdisziplin Sound (Studies) erprobt und vertieft, mit Impulsen für die Praxis und Theorie, von der noch wenig bekannten A/r/t ographie heute, hin zu einer künftig A/R/Tophonie, dem künstlerischen Forschen in der Musik, ebenso wie durch Klang Komposition, Radio Kunst und visuelle Musik.
Sichere Detektion von Menschen in der Mensch-Roboter-Kollaboration mit Time-of-Flight Kameras
(2017)
Time-of-Flight Cameras Enabling Collaborative Robots for Improved Safety in Medical Applications
(2017)
Human-robot collaboration is being used more and more in industry applications and is finding its way into medical applications. Industrial robots that are used for human-robot collaboration, cannot detect obstacles from a distance. This paper introduced the idea of using wireless technology to connect a Time-of-Flight camera to off-the-shelf industrial robots. This way, the robot can detect obstacles up to a distance of five meters. Connecting Time-of-Flight cameras to robots increases the safety in human-robot collaboration by detecting obstacles before a collision. After looking at the state of the art, the authors elaborated the different requirements for such a system. The Time-of-Flight camera from Heptagon is able to work in a range of up to five meters and can connect to the control unit of the robot via a wireless connection.
In safety critical applications wireless technologies are not widely spread. This is mainly due to reliability and latency requirements. In this paper a new wireless architecture is presented which will allow for customizing the latency and reliability for every single participant within the network. The architecture allows for building up a network of inhomogeneous participants with different reliability and latency requirements. The used TDMA scheme with TDD as duplex method is acting gentle on resources. Therefore participants with different processing and energy resources are able to participate.
Battery degradation is a complex physicochemical process that strongly depends on operating conditions. We present a model-based analysis of lithium-ion battery degradation in a stationary photovoltaic battery system. We use a multi-scale multi-physics model of a graphite/lithium iron phosphate (LiFePO4, LFP) cell including solid electrolyte interphase (SEI) formation. The cell-level model is dynamically coupled to a system-level model consisting of photovoltaics (PV), inverter, load, grid interaction, and energy management system, fed with historic weather data. Simulations are carried out for two load scenarios, a single-family house and an office tract, over annual operation cycles with one-minute time resolution. As key result, we show that the charging process causes a peak in degradation rate due to electrochemical charge overpotentials. The main drivers for cell ageing are therefore not only a high state of charge (SOC), but the charging process leading towards high SOC. We also show that the load situation not only influences system parameters like self-sufficiency and self-consumption, but also has a significant impact on battery ageing. We assess reduced charge cut-off voltage as ageing mitigation strategy.
Im Jahr 1504 verlor der deutsche Ritter Gottfried („Götz“) von Berlichingen seine
rechte Hand. Schon während seiner Genesung dachte er daran, die Hand zu ersetzen,
und beauftragte bald darauf die erste Handprothese, die sogenannte „Eiserne Hand“.
Jahre später wurde die aufwändigere zweite „Eiserne Hand“ gebaut. Wir haben die erste
Prothese auf der Basis früherer Literaturdaten von
Quasigroch (1982) mit Hilfe von 3-D
Computer-Aided Design (CAD) rekonstruiert. Dazu mussten einige Abmessungen angepasst
und ein paar Annahmen für das CAD-Modell gemacht werden. Die historische passive
Prothese des Götz von Berlichingen ist für die moderne Neuroprothetik interessant, da sie
eine Alternative zu komplexen invasiven Brain-Machine-Interface-Konzepten darstellen
könnte, wo diese Konzepte nicht notwendig, möglich oder vom Patienten gewünscht sind.
Exploiting Dissent: Towards Fuzzing-based Differential Black Box Testing of TLS Implementations
(2017)
The Transport Layer Security (TLS) protocol is one of the most widely used security protocols on the internet. Yet do implementations of TLS keep on suffering from bugs and security vulnerabilities. In large part is this due to the protocol's complexity which makes implementing and testing TLS notoriously difficult. In this paper, we present our work on using differential testing as effective means to detect issues in black-box implementations of the TLS handshake protocol. We introduce a novel fuzzing algorithm for generating large and diverse corpuses of mostly-valid TLS handshake messages. Stimulating TLS servers when expecting a ClientHello message, we find messages generated with our algorithm to induce more response discrepancies and to achieve a higher code coverage than those generated with American Fuzzy Lop, TLS-Attacker, or NEZHA. In particular, we apply our approach to OpenssL, BoringSSL, WolfSSL, mbedTLS, and MatrixSSL, and find several real implementation bugs; among them a serious vulnerability in MatrixSSL 3.8.4. Besides do our findings point to imprecision in the TLS specification. We see our approach as present in this paper as the first step towards fully interactive differential testing of black-box TLS protocol implementations. Our software tools are publicly available as open source projects.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes erwärmt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Laserstrahls in einer Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei der Laserstrahl die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes der Vorrichtung erwärmt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, die einen Druckkopf zum Aufbringen einer Keramikfarbe auf ein Substrat sowie einen Laser zum Erwärmen der Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes erwärmt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Laserstrahls in einer Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei der Laserstrahl die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes der Vorrichtung erwärmt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, die einen Druckkopf zum Aufbringen einer Keramikfarbe auf ein Substrat sowie einen Laser zum Erwärmen der Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls umfasst.
Spätestens nach den erfolgreichen Wahlkämpfen 2008 und 2012 in den USA des zweimaligen US-Präsidenten Barack Obama, ist Social Media als Schlüsselmedium für die politische Kommunikation angekommen. Nach der Wahl von Donald Trump als 45. Präsidenten der Vereinigten Staaten ist zudem deutlich geworden: Social Media erreicht in der Politik eine nie dagewesene Dimension und hat insbesondere im Wahlkampf eine sehr wichtige Bedeutung. Im vorliegenden Arbeitspapier sollen die folgenden Aspekte näher beleuchtet werden: Welche Auswirkungen haben Social Media auf die Politik und wie können sie in der politischen Kommunikation eingesetzt werden? Wie können mit Social Media Wähler gewonnen werden? Welche Möglichkeiten bieten Social Media für die Bürger, um sich in der politisch zu beteiligen? Welche Risiken können durch Social Media in der Politik entstehen?
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverlackieren eines Kunststoff- oder Glasgegenstandes, umfassend die Schritte des Ausbildens einer polaren Beschichtung auf dem Kunststoff- oder Glasgegenstand, umfassend den Teilschritt des Aufbringens einer Beschichtungszusammensetzung auf den Kunststoff- oder Glasgegenstand, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Organosiloxan, das mindestens zwei Si-O-Bindungen aufweist, Wasser, ein organisches Lösemittel und ein pH-regulierendes Mittel, ausgewählt aus einer Brönsted-Säure, in einer katalytischen Menge enthält, mit der Maßgabe, dass die Beschichtungszusammensetzung keinen elektrisch leitfähigen Zusatz, ausgewählt aus ionischen Verbindungen, Metallen, Metall(misch)oxiden, intermetallischen Verbindungen und leitfähigem Kohlenstoff, enthält, sowie die Schritte des Aufbringens eines Pulverlacks auf den derartig beschichteten Kunststoff- oder Glasgegenstand und des Erwärmens des Pulverlacks.
Die Globalisierung, der technische Fortschritt, sowie die politischen Entwicklungen weltweit führen dazu, dass heute kaum ein Unternehmen existiert, das nicht internationale Geschäftsbeziehungen mit ausländischen Unternehmen aufrecht erhält, unabhängig davon, ob als Exporteur oder Importeur. Grenzüberschreitend tätige Unternehmen sehen sich dabei fremden Rechtsordnungen gegenüberstehend. Dies kann Konflikte mit sich bringen und den Handelsverkehr beeinträchtigen. Dabei stellen neben unterschiedlichen Rechtssystemen auch die kulturellen Differenzen und die räumliche Distanz der beteiligten Länder Hindernisse dar. Zumindest auf dem Gebiet der Gesetzgebung gab es Bemühungen nach Vereinheitlichung. So kam das Übereinkommen der Vereinten Nationen über Verträge über den internationalen Warenkauf, kurz UN-Kaufrecht, das den internationalen Warenhandel vereinfachen soll, zustande. Dieses Regelwerk, sowie die Analyse möglicher Vorteile für den deutschen Exporteur sind Thema dieses Arbeitspapieres. Dabei soll die Analyse nicht nur auf der Literaturrecherche beruhen, sondern sich auch damit auseinandersetzen, wie die Handhabung des UN-Kaufrechts in der Praxis durch Unternehmen erfolgt.
Spectral analysis of signal averaging electrocardiography in atrial and ventricular tachyarrhythmias
(2017)
Background: Targeting complex fractionated atrial electrograms detected by automated algorithms during ablation of persistent atrial fibrillation has produced conflicting outcomes in previous electrophysiological studies. The aim of the investigation was to evaluate atrial and ventricular high frequency fractionated electrical signals with signal averaging technique.
Methods: Signal averaging electrocardiography (ECG) allows high resolution ECG technique to eliminate interference noise signals in the recorded ECG. The algorithm uses automatic ECG trigger function for signal averaged transthoracic, transesophageal and intracardiac ECG signals with novel LabVIEW software (National Instruments, Austin, Texas, USA). For spectral analysis we used fast fourier transformation in combination with spectro-temporal mapping and wavelet transformation for evaluation of detailed information about the frequency and intensity of high frequency atrial and ventricular signals.
Results: Spectral-temporal mapping and wavelet transformation of the signal averaged ECG allowed the evaluation of high frequency fractionated atrial signals in patients with atrial fibrillation and high frequency ventricular signals in patients with ventricular tachycardia. The analysis in the time domain evaluated fractionated atrial signals at the end of the signal averaged P-wave and fractionated ventricular signals at the end of the QRS complex. The analysis in the frequency domain evaluated high frequency fractionated atrial signals during the P-wave and high frequency fractionated ventricular signals during QRS complex. The combination of analysis in the time and frequency domain allowed the evaluation of fractionated signals during atrial and ventricular conduction.
Conclusions: Spectral analysis of signal averaging electrocardiography with novel LabVIEW software can utilized to evaluate atrial and ventricular conduction delays in patients with atrial fibrillation and ventricular tachycardia. Complex fractionated atrial electrograms may be useful parameters to evaluate electrical cardiac arrhythmogenic signals in atrial fibrillation ablation.
Die Nachrichtenübermittlung im professionellen Mobilfunk hat sich vom Analog- hin zum Digitalfunk entwickelt und dadurch die gesamte Arbeitsweise der Branche verändert. Wurde diese früher vom Handwerk geprägt, so geht es nun hauptsächlich noch um Programmierung und Beratung. Für die Unternehmen des professionellen Mobilfunks ergeben sich durch die vielen Veränderungen neue Risiken, welche Haftungsansprüche auslösen können. Dieses Arbeitspapier konzentriert sich auf Unternehmen des professionellen Mobilfunkhandels und speziell auf die hier weit verbreitete Gesellschaft mit beschränkter Haftung. Im Zuge der Digitalisierung und der damit einhergehenden weitreichenden Veränderungen in der Branche des professionellen Mobilfunkhandels hat der Geschäftsführer Entscheidungen zu treffen, welche mit Risiko behaftet sind und sogar den Fortbestand der Gesellschaft gefährden können. Um nicht gegen seine Rechte und Pflichten als Geschäftsführer zu verstoßen und einer persönlichen Haftung aus dem Weg zu gehen, sollen die auftretenden Risiken benannt und Wege aufgezeigt werden, diese zu minimieren bzw. ganz zu vermeiden. Geschäftsführer sind sich oftmals ihren persönlichen Haftungsrisiken nicht bewusst.
Durch die fortschreitende Globalisierung der Märkte verschiebt sich der Schwerpunkt der Nachfrage nach Investitionsgütern deutlich in die Emerging Markets, welche mittelfristig an Bedeutung die stagnierenden westlichen Märkte übertreffen werden. In letzter Zeit zeichnet sich dabei eine konjunkturelle Erholung, ein sogenanntes Comeback, in diesen Schwellenländern ab. Im Mittelpunkt steht dabei vor allem auch Indien. Indien ist mittelfristig einer der größten Investitionsgütermärkte und damit ein erfolgversprechender Standort bei der im deutschen Maschinenbau notwendigen Internationalisierung. Allerdings sind deutsche Unternehmen in Indien auch mit Herausforderungen konfrontiert, die in der unternehmerischen Praxis oftmals zum Scheitern einer Markterschließung geführt haben. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage nach denjenigen Faktoren, die den Erfolg einer Erschließung des indischen Marktes durch den deutschen Maschinenbau bestimmen.
In the course of the last few years, our students are becoming increasingly unhappy. Sometimes they stop attending lectures and even seem not to know how to behave correctly. It feels like they are getting on strike. Consequently, drop-out rates are sky-rocketing. The lecturers/professors are not happy either, adopting an “I-don’t-care” attitude.
An interdisciplinary, international team set in to find out: (1) What are the students unhappy about? Why is it becoming so difficult for them to cope? (2) What does the “I-don’t-care” attitude of professors actually mean? What do they care or not care about? (3) How far do the views of the parties correlate? Could some kind of mutual understanding be achieved?
The findings indicate that, at least at our universities, there is rather a long way to go from “Engineering versus Pedagogy” to “Engineering Pedagogy”.
eTPL: An Enhanced Version of the TLS Presentation Language Suitable for Automated Parser Generation
(2017)
The specification of the Transport Layer Security (TLS) protocol defines its own presentation language used for the purpose of semi-formally describing the structure and on-the-wire format of TLS protocol messages. This TLS Presentation Language (TPL) is more expressive and concise than natural language or tabular descriptions, but as a result of its limited objective has a number of deficiencies. We present eTPL, an enhanced version of TPL that improves its expressiveness, flexibility, and applicability to non-TLS scenarios. We first define a generic model that describes the parsing of binary data. Based on this, we propose language constructs for TPL that capture important information which would otherwise have to be picked manually from informal protocol descriptions. Finally, we briefly introduce our software tool etpl-tool which reads eTPL definitions and automatically generates corresponding message parsers in C++. We see our work as a contribution supporting sniffing, debugging, and rapid-prototyping of wired and wireless communication systems.
The low cost and small size of MEMS inertial sensors allows their combination into a multi sensor module in order to improve performance. However the different linear accelerations measured on different places on a rotating rigid body have to be considered for the proper fusion of the measurements. The errors in measurement of MEMS inertial sensors include deterministic imperfection, but also random noise. The gain in accuracy of using multiple sensors depends strongly on the correlation between these errors from the different sensors. Although for sensor fusion it usually assumed that the measurement errors of different sensors are uncorrelated, estimation theory shows that for the combination of the same type of sensors actually a negative correlation will be more beneficial. Therefore we describe some important and often neglected considerations for the combination of several sensors and also present some preliminary results with regard to the correlation of measurements from a simple multi sensor setup.
The Thread protocol is a recent development based on 6LoWPAN (IPv6 over IEEE 802.15.4), but with extensions regarding a more media independent approach, which – additionally – also promises true interoperability. To evaluate and analyse the operation of a Thread network a given open source 6LoWPAN stack for embedded devices (emb::6) has been extended in order to comply with the Thread specification. The implementation covers Mesh Link Establishment (MLE) and network layer functionality as well as 6LoWPAN mesh under routing mechanism based on MAC short addresses. The development has been verified on a virtualization platform and allows dynamical establishment of network topologies based on Thread's partitioning algorithm.
A novel approach of a test environment for embedded networking nodes has been conceptualized and implemented. Its basis is the use of virtual nodes in a PC environment, where each node executes the original embedded code. Different nodes run in parallel, connected via so-called virtual channels. The environment allows to modifying the behavior of the virtual channels as well as the overall topology during runtime to virtualize real-life networking scenarios. The presented approach is very efficient and allows a simple description of test cases without the need of a network simulator. Furthermore, it speeds up the process of developing new features as well as it supports the identification of bugs in wireless communication stacks. In combination with powerful test execution systems, it is possible to create a continuous development and integration flow.
A novel approach of a testbed for embedded networking nodes has been conceptualized and implemented. It is based on the use of virtual nodes in a PC environment, where each node executes the original embedded code. Different nodes are running in parallel and are connected via so-called virtual interfaces. The presented approach is very efficient and allows a simple description of test cases without the need of a network simulator. Furthermore, it speeds up the process of developing new features.
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) is already a well-known concept used widely in the automation industry. In the area of factory automation, OPC UA models the underlying field devices such as sensors and actuators in an OPC UA server to allow connecting OPC UA clients to access device-specific information via a standardized information model. One of the requirements of the OPC UA server to represent field device data using its information model is to have advanced knowledge about the properties of the field devices in the form of device descriptions. The international standard IEC 61804 specifies EDDL (Electronic Device Description Language) as a generic language for describing the properties of field devices. In this paper, the authors describe a possibility to dynamically map and integrate field device descriptions based on EDDL into OPCUA.
The paper describes the hardware and software architecture of the developed multi MEMS sensor prototype module, consisting of ARM Cortex M4 STM32F446 microcontroller unit, five 9-axis inertial measurement units MPU9255 (3D accelerometer, 3D gyroscope, 3D magnetometer and temperature sensor) and a BMP280 barometer. The module is also equipped with WiFi wireless interface (Espressif ESP8266 chip). The module is constructed in the form of a truncated pyramid. Inertial sensors are mounted on a special basement at different angles to each other to eliminate hardware sensors drifts and to provide the capability for self-calibration. The module fuses information obtained from all types of inertial sensors (acceleration, rotation rate, magnetic field and air pressure) in order to calculate orientation and trajectory. It might be used as an Inertial Measurement Unit, Vertical Reference Unit or Attitude and Heading Reference System.
Legacy industrial communication protocols are proved robust and functional. During the last decades, the industry has invented completely new or advanced versions of the legacy communication solutions. However, even with the high adoption rate of these new solutions, still the majority industry applications run on legacy, mostly fieldbus related technologies. Profibus is one of those technologies that still keep on growing in the market, albeit a slow in market growth in recent years. A retrofit technology that would enable these technologies to connect to the Internet of Things, utilize the ever growing potential of data analysis, predictive maintenance or cloud-based application, while at the same time not changing a running system is fundamental.
The IEEE 1588 precision time protocol (PTP) is a time synchronization protocol with sub-microsecond precision primarily designed for wired networks. In this letter, we propose wireless precision time protocol (WPTP) as an extension to PTP for multi-hop wireless networks. WPTP significantly reduces the convergence time and the number of packets required for synchronization without compromising on the synchronization accuracy.
Climate change and resultant scarcity of water are becoming major challenges for countries around the world. With the advent of Wireless Sensor Networks (WSN) in the last decade and a relatively new concept of Internet of Things (IoT), embedded systems developers are now working on designing control and automation systems that are lower in cost and more sustainable than the existing telemetry systems for monitoring. The Indus river basin in Pakistan has one of the world's largest irrigation systems and it is extremely challenging to design a low-cost embedded system for monitoring and control of waterways that can last for decades. In this paper, we present a hardware design and performance evaluation of a smart water metering solution that is IEEE 802.15.4-compliant. The results show that our hardware design is as powerful as the reference design, but allows for additional flexibility both in hardware and in firmware. The indigenously designed solution has a power added efficiency (PAE) of 24.7% that is expected to last for 351 and 814 days for nodes with and without a power amplifier (PA). Similarly, the results show that a broadband communication (434 MHz) over more than 3km can be supported, which is an important stepping stone for designing a complete coverage solution of large-scale waterways.
Due to climate change and scarcity of water reservoirs, monitoring and control of irrigation systems is now becoming a major focal area for researchers in Cyber-Physical Systems (CPS). Wireless Sensor Networks (WSNs) are rapidly finding their way in the field of irrigation and play the key role as data gathering technology in the domain of IoT and CPS. They are efficient for reliable monitoring, giving farmers an edge to take precautionary measures. However, designing an energy-efficient WSN system requires a cross-layer effort and energy-aware routing protocols play a vital role in the overall energy optimization of a WSN. In this paper, we propose a new hierarchical routing protocol suitable for large area environmental monitoring such as large-scale irrigation network existing in the Punjab province of Pakistan. The proposed protocol resolves the issues faced by traditional multi-hop routing protocols such as LEACH, M-LEACH and I-LEACH, and enhances the lifespan of each WSN node that results in an increased lifespan of the whole network. We used the open-source NS3 simulator for simulation purposes and results indicate that our proposed modifications result in an average 27.8% increase in lifespan of the overall WSN when compared to the existing protocols.
Cast iron materials are used as materials for cylinder heads for heavy duty internal combustion engines. These components must withstand severe cyclic mechanical and thermal loads throughout their service life. While high-cycle fatigue (HCF) is dominant for the material in the water jacket region, the combination of thermal transients with mechanical load cycles results in thermomechanical fatigue (TMF) of the material in the fire deck region, even including superimposed TMF and HCF loads. Increasing the efficiency of the engines directly leads to increasing combustion pressure and temperature and, thus, lower safety margins for the currently used cast iron materials or alternatively the need for superior cast iron materials. In this paper (Part I), the TMF properties of the lamellar graphite cast iron GJL250 and the vermicular graphite cast iron GJV450 are characterized in uniaxial tests and a mechanism-based model for TMF life prediction is developed for both materials. The model can be used to estimate the fatigue life of components by means of finite-element calculations (Part II of the paper) and supports engineers in finding the appropriate material and design. Furthermore, the effect of the elastic, plastic and creep properties of the materials on the fatigue life can be evaluated with the model. However, for a material selection also the thermophysical properties, controlling to a high level the thermal stresses in the component, must be considered. Hence, the need for integral concepts for material characterization and selection from a multitude of existing and soon-to-be developed cast iron materials is discussed.
For the RoboCup Soccer AdultSize League the humanoid robot Sweaty uses a single fully convolutional neural network to detect and localize the ball, opponents and other features on the field of play. This neural network can be trained from scratch in a few hours and is able to perform in real-time within the constraints of computational resources available on the robot. The time it takes to precess an image is approximately 11 ms. Balls and goal posts are recalled in 99 % of all cases (94.5 % for all objects) accompanied by a false detection rate of 1.2 % (5.2 % for all). The object detection and localization helped Sweaty to become finalist for the RoboCup 2017 in Nagoya.
With increasing flexible AC transmission system (FACTS) devices in operation, like the most versatile unified power flow controller (UPFC), the AC/DC transmission flexibility and power system stability have been suffering unprecedented challenge. This paper introduces the user-defined modeling (UDM) method into the UPFC dynamic modeling process, to deal with the challenging requirements of power system operation. This has also been verified using a leading-edge stability analysis software named DSATools TM in the IEEE-39 bus benchmark system. The characteristics of steady-state and dynamic responses are compared and analyzed under different conditions. Furthermore, simulation results prove the feasibility and effectiveness of the proposed UPFC in terms of both the independent regulation of power flow and the improvement of transient stability.
In dieser Arbeit werden die außentemperaturgeführte Vorlauftemperaturregelung (Standard-TABS-Strategie), ein Verfahren das auf einer multiplen linearen Regression basiert (AMLR-Strategie) und ein Verfahren, das unter dem Obergriff der modellprädiktiven Regelung (MPC-Strategie) zusammengefasst werden kann, untersucht. Anhand der Simulationsergebnisse und des Integrationsaufwandes in die Gebäudeautomation des Seminargebäudes wurde eine Fokussierung auf die AMLR-Strategie vorgenommen.
The building sector is one of the main consumers of energy. Therefore, heating and cooling concepts for renewable energy sources become increasingly important. For this purpose, low-temperature systems such as thermo-active building systems (TABS) are particularly suitable. This paper presents results of the use of a novel adaptive and predictive computation method, based on multiple linear regression (AMLR) for the control of TABS in a passive seminar building. Detailed comparisons are shown between the standard TABS and AMLR strategies over a period of nine months each. In addition to the reduction of thermal energy use by approx. 26% and a significant reduction of the TABS pump operation time, this paper focuses on investment savings in a passive seminar building through the use of the AMLR strategy. This includes the reduction of peak power of the chilled beams (auxiliary system) as well as a simplification of the TABS hydronic circuit and the saving of an external temperature sensor. The AMLR proves its practicality by learning from the historical building operation, by dealing with forecasting errors and it is easy to integrate into a building automation system.
Entwicklung und Evaluierung eines adaptiv-prädiktiven Algorithmus für thermoaktive Bauteilsysteme
(2017)
Der Gebäudesektor ist einer der Hauptverbraucher von Energie und somit mitverantwortlich für einen wesentlichen Anteil an CO2-Emissionen. Heiz- und Kühlkonzepte, die erneuerbare Energiequellen nutzen können, gewinnen daher immer mehr an Bedeutung. Hierfür besonders geeignet sind Niedertemperatursysteme, wie beispielsweise Thermoaktive Bauteilsysteme (TABS). Die große thermische Trägheit und die geringe Leistung dieser Systeme verhindern eine schnelle Reaktion auf Raumtemperaturänderungen. Bisherige Steuer- und Regelstrategien für TABS können nur sehr schlecht mit der thermischen Trägheit umgehen, da diese in der Regel keine Prädiktionen verwenden. Hinzu kommt eine aufwändige Parametrierung dieser TABS-Strategien, was in der Praxis zu Inbetriebnahmephasen von oft mehreren Jahren führt. Die Möglichkeit TABS als einen Kurzzeitenergiespeicher für das durch die wachsende Einspeisung aus fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen belastete Stromnetz nutzbar zu machen, spielt bei diesen Standard-TABS-Strategien bisher keine Rolle.
In dieser Arbeit wurde ein neuartiger Algorithmus für die Steuerung von TABS entwickelt, der hier durch die Abkürzung AMLR gekennzeichnet wird. Die AMLR nutzt Vorhersagen der Hauptstörgrößen einer TABS-Zone zur Berechnung eines innerhalb des nächsten Tages zuzuführenden Energiepaketes. Zu den Hauptstörgrößen zählen die tagesgemittelte Außentemperatur, die tagesgemittelte globale Einstrahlung sowie ein Belegungsplan jeder TABS-Zone. Die AMLR verwendet ein dynamisches und ein stationäres Widerstands-Kapazitäten(RC)-Modell mit einem Verzögerungsglied erster Ordnung (PT1). Das stationäre TABS- und Raummodell wird für eine Adaptionsfähigkeit und das dynamische Modell für die zeitdiskrete Berechnung von Leistungen genutzt. Es wird gezeigt, dass die Genauigkeit eines Modells mit PT1-Glied für die Steuerung von TABS ausreichend ist. Durch die Adaptionfähigkeit kann sich der Algorithmus automatisiert an unterschiedliche Gebäude, Standorte und Nutzungsprofile anpassen. Auf die Erstellung eines Gebäudemodells inklusive dessen technischer Gebäudeausrüstung (TGA), der Wärmelasten sowie der Wettereinflüsse kann somit verzichtet werden. Weiterhin können mit der AMLR mittlere Soll-Raumtemperaturen pro TABS-Zone vorgegeben werden, was bei Standard-TABS-Strategien nicht möglich ist. Dem Autor stehen als Testumgebungen zur Evaluierung der AMLR die Triple-Klimakammer des Instituts für Energiesystemtechnik (INES) der Hochschule Offenburg sowie zwei reale Gebäude und deren Simulationsmodelle zur Verfügung. Bei den Gebäuden handelt es sich um das in Basel befindliche IWB CityCenter sowie das Seminargebäude der Hochschule Offenburg.
Mit Hilfe der Triple-Klimakammer werden die verwendeten RC-Modelle sowie das TRNSYS-Simulationsmodell der Kammer selbst validiert. Durch den direkten Vergleich der AMLR zu Standard-TABS-Strategien kann in Model-in-the-Loop (MiL) Simulationen, Laborversuchen und Pilotanlagen gezeigt werden, dass die AMLR insbesondere dann thermische Energie einsparen kann, wenn es bei der Standardstrategie zu Überhitzungen im Heizfall und Unterkühlungen im Kühlfall kommt. Des Weiteren zeigen sich Energieeinsparpotenziale durch die Möglichkeit der zonenspezifischen Beladung der TABS. Anhand von Messdaten einer Pilotanlage kann eine Reduktion des thermischen TABS-Energiebedarfs von über 41 % belegt werden. In allen Testumgebungen kann eine Einsparung an Hilfsenergie von bis zu 86 % für die TABS-Pumpen bei gleichzeitiger Verbesserung des thermischen Komforts nachgewiesen werden. Neben Energieeinsparungen sind durch den Einsatz der AMLR Investitionseinsparungen durch eine vereinfachte TABS-Hydraulik möglich, da keine konstanten Vorlauftemperaturen notwendig sind. Weiterhin kann gezeigt werden, dass die Leistung eines Zusatzkühlsystems durch den Einsatz der AMLR im Vergleich zur Standard-TABS-Strategie reduziert werden kann, ohne den thermischen Komfort zu beeinträchtigen. Anhand von Simulationsrechnungen wird das Potenzial von TABS für Lastverschiebemaßnahmen quantifiziert. Durch die Verwendung der AMLR mit dynamischen Strompreisen ist im gezeigten Beispiel eine Einsparung an monetären Kosten von 38 % möglich. Weiterhin konnten Anfragen zur Abschaltung der Beladung der TABS zum Ausgleich fluktuierender erneuerbarer Energieerzeuger durch die AMLR unter Einhaltung des thermischen Komforts durchgeführt werden.
The following contribution deals with the growth of cracks in low-cycle fatigue (LCF) and thermomechanical fatigue (TMF) tested specimens of Inconel 718 measured by using the replica method. The specimens are loaded with different strain rates. The material shows a significantly higher crack growth rate if the strain rate is decreased. Electron backscatter diffraction (EBSD) is adopted to identify the failure mechanism and the misorientation relationship of failed grain boundaries in secondary cracks. The analyzed cracks propagated mainly transgranular but also intergranular failure can be observed in some areas. It is found that grain boundaries with coincidence site lattice (CSL) boundary structure are generally less susceptible for intergranular failure than grain boundaries with random misorientation. For modeling the experimentally identified crack behavior an existing model for fatigue crack growth based on the mechanism of time dependent elastic–plastic crack tip blunting is enhanced to describe environmental effects based on the mechanism of oxygen diffusion at the crack tip. For the diffusion process the temperature dependent parabolic diffusion law is assumed. As a result, the time dependent cyclic crack tip opening displacement (DCTOD) is used as representative value to describe both mechanisms. Thus, most
of the included model parameters characterize the deformation behavior of the material and can be determined by independent material tests. With the determined material properties, the proposed model describes the experimentally measured crack growth curves very well. The model is validated based on predictions of the number of cycles to failure of LCF as well as in-phase and out-of-phase TMF tests in the temperature range between room temperature and 650 °C.
One of the challenges in humanoid robotics is motion control. Interacting with humans requires impedance control algorithms, as well as tackling the problem of the closed kinematic chains which occur when both feet touch the ground. However, pure impedance control for totally autonomous robots is difficult to realize, as this algorithm needs very precise sensors for force and speed of the actuated parts, as well as very high sampling rates for the controller input signals. Both requirements lead to a complex and heavy weight design, which makes up for heavy machines unusable in RoboCup Soccer competitions.
A lightweight motor controller was developed that can be used for admittance and impedance control as well as for model predictive control algorithms to further improve the gait of the robot.
Heart rhythm model and simulation of electrophysiological studies and high-frequency ablations
(2017)
Background: Target of the study was to create an accurate anatomic CAD heart rhythm model, and to show its usefulness for cardiac electrophysiological studies and high-frequency ablations. The method is more careful for the patients’ health and has the potential to replace clinical studies due to its high efficiency regarding time and costs.
Methods: All natural heart components of the new HRM were based on MRI records, which guaranteed electronic functionality. The software CST was used for the construction, while CST’s material library assured genuine tissue properties. It should be applicable to simulate different heart rhythm diseases as well as various diffusions of electromagnetic fields, caused by electrophysiological conduction, inside the heart tissue.
Results: It was achievable to simulate sinus rhythm and fourteen different heart rhythm disturbance with different atrial and ventricular conduction delays. The simulated biological excitation of healthy and sick HRM were plotted by simulated electrodes of four polar right atrial catheter, six polar His bundle catheter, ten polar coronary sinus catheter, four polar ablation catheter and eight polar transesophageal left cardiac catheter. Accordingly, six variables were rebuilt and inserted into the anatomic HRM in order to establish heart catheters for ECG monitoring and HF ablation. The HF ablation catheters made it possible to simulate various types of heart rhythm disturbance ablations with different HF ablation catheters and also showed a functional visualisation of tissue heating. The use of tetrahedral meshing HRM made it attainable to store the results faster accompanied by a higher degree of space saving. The smart meshing function reduced unnecessary high resolutions for coarse structures.
Conclusions: The new HRM for EPS simulation may be additional useful for simulation of heart rhythm disturbance, cardiac pacing, HF ablation and for locating and identification of complex fractioned signals within the atrium during atrial fibrillation HF ablation.
Heart rhythm model and simulation of electrophysiological studies and high-frequency ablations
(2017)
Background: The simulation of complex cardiologic structures has the potential to replace clinical studies due to its high efficiency regarding time and costs. Furthermore, the method is more careful for the patients’ health than the conventional ways. The aim of the study was to create an anatomic CAD heart rhythm model (HRM) as accurate as possible, and to show its usefulness for cardiac electrophysiological studies (EPS) and high-frequency (HF) ablations.
Methods: All natural heart components of the new HRM were based on MRI records, which guaranteed electronic functionality. The software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) was used for the construction, while CST’s material library assured genuine tissue properties. It should be applicable to simulate different heart rhythm diseases as well as various diffusions of electromagnetic fields, caused by electrophysiological conduction, inside the heart tissue.
Results: It was achievable to simulate normal sinus rhythm and fourteen different heart rhythm disturbance with different atrial and ventricular conduction delays. The simulated biological excitation of healthy and sick HRM were plotted by simulated electrodes of four polar right atrial catheter, six polar His bundle catheter, ten polar coronary sinus catheter, four polar ablation catheter and eight polar transesophageal left cardiac catheter (Fig.). Accordingly, six variables were rebuilt and inserted into the anatomic HRM in order to establish heart catheters for ECG monitoring and HF ablation. The HF ablation catheters made it possible to simulate various types of heart rhythm disturbance ablations with different HF ablation catheters and also showed a functional visualisation of tissue heating. The use of tetrahedral meshing HRM made it attainable to store the results faster accompanied by a higher degree of space saving. The smart meshing function reduced unnecessary high resolutions for coarse structures.
Conclusions: The new HRM for EPS simulation may be additional useful for simulation of heart rhythm disturbance, cardiac pacing, HF ablation and for locating and identification of complex fractioned signals within the atrium during atrial fibrillation HF ablation.
Heart rhythm model and simulation of electrophysiological studies and high-frequency ablations
(2017)
Background: The simulation of complex cardiologic structures has the potential to replace clinical studies due to its high efficiency regarding time and costs. Furthermore, the method is more careful for the patients’ health than the conventional ways. The aim of the study was to create an anatomic CAD heart rhythm model (HRM) as accurate as possible, and to show its usefulness for cardiac electrophysiological studies (EPS) and high-frequency (HF) ablations.
Methods: All natural heart components of the new HRM were based on MRI records, which guaranteed electronic functionality. The software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) was used for the construction, while CST’s material library assured genuine tissue properties. It should be applicable to simulate different heart rhythm diseases as well as various diffusions of electromagnetic fields, caused by electrophysiological conduction, inside the heart tissue.
Results: It was achievable to simulate normal sinus rhythm and fourteen different heart rhythm disturbance with different atrial and ventricular conduction delays. The simulated biological excitation of healthy and sick HRM were plotted by simulated electrodes of four polar right atrial catheter, six polar His bundle catheter, ten polar coronary sinus catheter, four polar ablation catheter and eight polar transesophageal left cardiac catheter (Fig.). Accordingly, six variables were rebuilt and inserted into the anatomic HRM in order to establish heart catheters for ECG monitoring and HF ablation. The HF ablation catheters made it possible to simulate various types of heart rhythm disturbance ablations with different HF ablation catheters and also showed a functional visualisation of tissue heating. The use of tetrahedral meshing HRM made it attainable to store the results faster accompanied by a higher degree of space saving. The smart meshing function reduced unnecessary high resolutions for coarse structures.
Conclusions: The new HRM for EPS simulation may be additional useful for simulation of heart rhythm disturbance, cardiac pacing, HF ablation and for locating and identification of complex fractioned signals within the atrium during atrial fibrillation HF ablation.
Die Simulation komplexer kardialer Strukturen und kardialer Elektroden ist von Bedeutung für die Optimierung langatmiger und kostspieliger klinischer Studien. Das Risiko der Patientengefährdung wird durch diese Methode auf ein Minimum reduziert. Das Ziel der Studie besteht im Entwurf eines anatomisch korrekten 3D CAD Herzrhythmusmodells (HRM) zur Simulation von elektrophysiologischen Untersuchungen (EPU) und Hochfrequenz-(HF-)Ablationen.
Microscale trigeneration systems are highly flexible in their operation and thus offer the technical possibility for peak load shifting in building demand side management. However to harness their potential modern control methods such as model predictive control must be implemented for their optimal scheduling. In literature the need for experimental investigation of microscale trigeneration systems to identify typical characteristics of the components and their interactions has been identified. On a real-life setup control specific information of the components is collected and lessons learnt during commissioning of the equipment is shared. The data is analysed to draw the vital characteristics of the system and it will be used for creating models of the components that can be utilised for optimal control.
Modelling and Simulation of Microscale Trigeneration Systems Based on Real- Life Experimental Data
(2017)
For the shift of the energy grid towards a smarter decentralised system flexible microscale trigeneration systems will play an important role due to their ability to support the demand side management in buildings. However to harness their potential modern control methods like model predictive control must be implemented for their optimal scheduling and control. To implement such supervisory control methods, first, simple analytical models representing the behaviour of the components need to be developed. At the Institute of Energy System Technologies in Offenburg we have built a real-life microscale trigeneration plant and present in this paper the models based on experimental data. These models are qualitatively validated and their application in the future for the optimal scheduling problem is briefly motivated.
Elastic constants of components are usually determined by tensile tests in combination with ultrasonic experiments. However, these properties may change due to e.g. mechanical treatments or service conditions during their lifetime. Knowledge of the actual material parameters is key to the determination of quantities like residual stresses present in the medium. In this work the acoustic nonlinearity parameter (ANP) for surface acoustic waves is examined through the derivation of an evolution equation for the amplitude of the second harmonic. Given a certain depth profile of the third-order elastic constants, the dependence of the ANP with respect to the input frequency is determined and on the basis of these results, an appropriate inversion method is developed. This method is intended for the extraction of the depth dependence of the third-order elastic constants of the material from second-harmonic generation and guided wave mixing experiments, assuming that the change in the linear Rayleigh wave velocity is small. The latter assumption is supported by a 3D-FEM model study of a medium with randomly distributed microcracks as well as theoretical works on this topic in the literature.
Zerstörungsfreie Verfahren zur Messung von Eigenspannungen erfordern, abhängig vom gewählten Verfahren, die Kenntnis gewisser Kopplungskonstanten. Im Falle von Ultraschallmessverfahren sind das neben den elastischen Konstanten zweiter Ordnung (SOEC) vor allem die Konstanten dritter Ordnung (TOEC). Elastische Konstanten fester, metallischer Bauteile werden in der Regel in Zugversuchen bestimmt. Zur Ermittlung der TOEC werden diese mit Ultraschallmessmethoden kombiniert. Durch äußere Einflüsse, wie etwa mechanische Nachbehandlungen der zu untersuchenden Bauteile können sich diese Konstanten jedoch ändern und müssen folglich direkt am veränderten Material bestimmt werden. Mithilfe von Simulationen wird die Ausbreitung der zweiten Harmonischen und der nichtlinear erzeugten Oberflächenwellen in Wellenmischexperimenten analysiert und der akustische Nichtlinearitätsparameter (ANP) bzw. der Kopplungsparameter aus der Amplitudenentwicklung berechnet. Insbesondere wird untersucht, welchen Einfluss ein gegebenes Tiefenprofil der TOEC auf den ANP hat (Vorwärtsproblem) und inwiefern sich aus den Messungen des ANP auf ein vorliegendes Tiefenprofil der TOEC schließen lässt (inverses Problem). Außerdem wird diskutiert, welchen Einfluss lokale Änderungen der SOEC auf den ANP haben können und wie groß diese Änderungen sein dürfen, um die TOEC dennoch bestimmen zu können. Die Untersuchungen hierzu wurden auf der Basis eines 3D-FEM Modells mit zufällig orientierten Mikrorissen durchgeführt. Die numerischen Rechnungen zeigen dabei auch eine gute Übereinstimmung mit einem aus der Literatur bekannten und für dieses Problem erweiterten, analytischen Modell. Neben der rissinduzierten Nichtlinearität kann bei diesem auch die Gitternichtlinearität berücksichtigt werden.
Wie in Ausgabe 44 bereits angekündigt startet bwLehrpool im März 2017 offiziell als Landesdienst. Neben der originären Aufgabe der Bereitstellung virtueller Lehrumgebungen in PC-Räumen wurde der Dienst nun
um die Möglichkeit der einfachen und sicheren Durchführung von E-Prüfungen sowie des Pool Video Switch (PVS)-Systems erweitert. bwLehrpool wird bereits an zahlreichen Hochschulen und Universitäten in den unterschiedlichsten Fachberei-
chen erfolgreich eingesetzt.
Das Buch enthält Fallstudien zur deskriptiven und induktiven Statistik, welche auf die Bachelor-Ausbildung in der Betriebswirtschaft ausgerichtet sind. Für die fachlichen Grundlagen wird auf eine prägnante Liste einschlägiger Werke verwiesen. Ziel der Fallstudien ist es, den gesamten in einer Lehrveranstaltung erlernten Stoff adäquat anzuwenden. Hiermit soll ein fundiertes, nachhaltiges Gesamtverständnis erreicht und die Einübung von Transfers realisiert werden. Den Fallstudien liegen, zum Download vorgehaltene, realistische Datensets in einem Umfang zugrunde, der die Anwendung von Unterstützungssystemen erforderlich macht. Dazu ist die Verwendung von Microsoft Excel vorgesehen. In jeder Fallstudie werden sukzessive Lösungshinweise angeboten, um einen möglichst großen Lerneffekt zu erzielen. Das Lehrbuch richtet sich in erster Linie an Studierende in der Examensvorbereitung und kann auch als Klausurenkurs genutzt werden. Einzelne Fallstudien können aber auch veranstaltungsbegleitend zum Abschluss eines Themenbereiches, wie z. B. der deskriptiven Statistik bearbeitet werden.
Клиновые акустические волны в твёрдом те-ле — это третий фундаментальный тип волн, после объёмных и поверхност-ных волн, импульсы которых распространяются без изменений своих форм (дисперсия отсутствует). Систему упругого клина можно получить из систе-мы упругого полупространства, “разрезав” его вдоль некоторой плоскости, а систему упругого полупространства можно получить из распределённой в пространстве упругой среды тем же методом, поэтому связи между поверх-ностными и объёмными волнами должны во многом повторяться при рас-смотрении клиновых и поверхностных волн. Например, существование быст-рых псевдоповерхностных волн в системе упругого полупространства, излу-чающих энергию при распространении в объёмные волны, имеет свой аналог и для системы упругого клина: совсем недавно были открыты псевдоклино-вые волны, излучающие как объёмные, так и поверхностные волны по мере своего распространения. С другой стороны, в этой же последовательности объёмных, поверхностных и клиновых волн должны выделяться и отличи-тельные особенности. Если поверхностные волны отличаются от объёмных волн тем, что они локализованы на двухмерной поверхности (объёмные вол-ны являются нелокализованными), то клиновые волны локализованы вдоль одномерной поверхности (линии) — кромки клина. Клиновые волны — это волноводные акустические волны, которые распространяются без дифракци-онных потерь, а также они не обладают дисперсией, поскольку в системе бесконечного упругого клина нет ни одного параметра размерности длины.
В заключении приведены основные результаты работы, которые со-стоят в следующем:
1. С помощью метода функций Лагерра была построена функция динами-ческого отклика на импульсный линейный источник (функция Грина) для задачи Лэмба в полупространстве, а также были изучены вопросы о сходимости и устойчивости данного построения. Было показано, что в предельном случае построенная функция динамического отклика совпа-дает с классической функцией Грина для этой задачи.
2. На основе результатов предыдущего пункта была построена функция Грина для упругого клина (и функция плотности состояния на кром-ке, совпадающая с диагональными компонентами функции Грина), с по-мощью которой удалось идентифицировать импульсы псевдоклиновых волн на экспериментальных кривых.
3. Для определённых клиновых конфигураций в анизотропных упругих средах (тетрагональных кристаллах) удалось получить критерий суще-ствования клиновых волн на основе характеристик поверхностных волн, распространяющихся на гранях исследуемых конфигураций, а также в некоторых случаях удалось классифицировать клиновые волны по типу симметрии.
4. Была разработана теория, описывающая формы импульсов клиновых волн при различных режимах генерации: абляционном и термоупругом.
5. Для клиновых волн была представлена нелинейная теория второго по-рядка. Были проведены численные расчёты функции ядра эволюцион-ного уравнения клиновых волн для кремниевых клиньев с одной гранью, совпадающей с поверхностью (111) (поверхность скола), и с произволь-ной ориентацией второй грани.
6. Были описаны фундаментальные отличия нелинейных линовых волн от нелинейных объёмных и поверхностных волн, а также было проведено численное моделирование эволюции импульса клиновых волн, которое показало соответствие теории эксперименту.
7. Получены решения солитонного типа для клиновых волн. Рассмотрены взаимодействия солитонов и свойства солитонного распада.
The Bluetooth community is in the process to develop mesh technology. This is highly promising as Bluetooth is widely available in Smart Phones and Tablet PCs, allowing an easy access to the Internet of Things. In this paper work, we investigate the performance of Bluetooth enabled mesh networking that we performed to identify the strengths and weaknesses. A demonstrator for this protocol has been implemented by using the Fruity Mesh protocol implementation. Extensive test cases have been executed to measure the performance, the reliability, the power consumption and the delay. For this, an Automated Physical Testbed (APTB), which emulates the physical channels has been used. The results of these measurements are considered useful for the real implementation of Bluetooth; not only for home and building automation, but also for industrial automation.
In der Planungs- und Betriebspraxis herrscht im Bereich der Betriebsführung von thermisch aktivierten Bauteilsystemen und insbesondere der thermisch trägen Bauteilaktivierung noch große Unsicherheit. Trotz einer weiten Verbreitung dieser Systeme im Neubau von Nichtwohngebäuden hat sich bis heute keine einheitliche Betriebsführungsstrategie durchgesetzt. Vielmehr kritisieren Bauherren und Nutzer regelmäßig zu hohe bzw. niedrige Raumtemperaturen in den Übergangsjahreszeiten und bei Wetterwechsel sowie generell eine mangelhafte Regelbarkeit. Demgegenüber weisen Monitoringprojekte immer wieder einen hohen thermischen Komfort in diesen Gebäuden nach. Offensichtlich unterscheiden sich hier subjektiv empfundene Behaglichkeit und objektiv gemessener Komfort. Gleichzeitig sind Heiz- und Kühlkonzepte mit Flächentemperierung dann besonders energieeffizient, wenn das Regelkonzept auf deren thermische Trägheit angepasst ist. Eine gute Regelung gewährleistet also einen hohen thermischen Komfort und sorgt für einen möglichst niedrigen Energieeinsatz. Das Rechenverfahren mit Anlagenaufwandszahlen (in Anlehnung an DIN V 18599) bietet eine gute Möglichkeit, Anlagenkonzepte inklusive deren Betriebsführungsstrategie zu bewerten. Damit ist es möglich, eine auf das Gebäude angepasste Betriebsführungsstrategie für die Bauteilaktivierung zu finden und einheitlich zu bewerten.
In this study, we tested the function of a replica of the over 500-year-old original of the
famous Franconian Imperial Knight Götz von Berlichingen’s first “iron hand”, which we
reconstructed by computer-aided design (CAD) and recently printed using a multi-material
3D printer. In different everyday tasks, the artificial hand prosthesis proved to be remarkably
helpful. Thus, the hand could hold a wine glass, some grapes, or a smartphone. With a
suitable pencil, even writing was possible without any problem. Although for all these
functions the healthy other hand was necessary to assist at the beginning, the artificial hand
is an astonishing mechanical aid with many possibilities. Therefore, in certain cases, the
non-invasive approach of a passive mechanical hand replacement, which is an individual,
quick and cheap solution due to modern 3D printing, may always be worth considering
also for today’s requirements.
eLetter zum Artikel "Hybrid EEG/EOG-based brain/neural hand exoskeleton restores fully independent daily living activities after quadriplegia" von Surjo R. Soekadar et al., veröffentlicht in Science Robotics, Vol. 1, No. 1 (DOI: 10.1126/scirobotics.aag3296)
Nicht-invasives, nicht-ionisierendes funktionelles Neuroimaging mit räumlich und zeitlich hochauflösender Elektroenzephalographie oder Echtzeit-Naheinfrarotspektroskopie in Kombination mit modernen Robotorsystemen ist ein entscheidender Entwicklungsschritt auf dem Gebiet der Neuroprothetik und Brain-Machine-Interfaces. In der Medizintechnik an der Hochschule Offenburg wird hierzu geforscht.
Am Buffet des Lebens
(2017)
eLetter zum Artikel "How hair can reveal a history" von Hanae Armitage & Nala Rogers, veröffentlicht in Science, Vol. 351, Issue 6278, Seite 1134 (doi.org/10.1126/science.351.6278.1134)
Musik und Neurophysiologie
(2017)
Streustrahlung in der Ultraschall-Computertomographie zur Verifizierung der Echtheit von Perlen
(2017)
This paper describes a new analysis method developed to distinguish real from fake
pearls using non-ionizing, non-destructive ultrasound computed tomography (USCT): In the USCT Shepp-Logan-filtered time-of-flight image, a fake pearl shows irregular, asymmetric
scattering of ultrasound, whereas the pattern in a natural pearl is regular and symmetric.
We strongly assume that pattern recognition of the scattering of ultrasound cannot only
play an important role in verifying pearls, but also in testing other materials and tissues in
(bio-)medical engineering. Furthermore, and most importantly, this new approach could
be helpful for a variety of clinical diagnoses using high-resolution 3D-USCT, such as the
detection of X-ray-negative micro-calcifications in early breast cancer. Moreover looking
at scattering patterns in dedicated positron emission tomography systems may promote
new developments in nuclear medicine diagnostics.
Radiation is an important means of heat transfer inside an electric arc furnace (EAF).
To gain insight into the complex processes of heat transfer inside the EAF vessel, not only radiation from the surfaces but also emission and absorption of the gas phase and the dust cloud need to be considered.
Furthermore, the radiative heat exchange depends on the geometrical configuration which is continuously changing throughout the process.
The present paper introduces a system model of the EAF which takes into account the radiative heat transfer between the surfaces
and the participating medium. This is attained by the development of a simplified geometrical model,
the use of a weighted-sum-of-gray-gases model, and a simplified consideration of dust radiation.
The simulation results were compared with the data of real EAF plants available in literature.
Nachweise für die Stabilität von Regelkreisen, deren Stellgrößen an ihre Begrenzungen gelangen können und bei denen die Regler Integratoren oder andere dynamische Glieder sowie Anti-Windup-Maßnahmen enthalten, sind gewöhnlich sehr aufwändig zu führen. Bei PI-Zustandsreglern, die mittels der in [1] vorgestellten Methode in einem mehrstufigen Verfahren für Regelstrecken entworfen wurden, die bis auf die Stellgrößenbegrenzungen linear sind, lassen sich jedoch äußerst hilfreiche allgemeine Stabilitätsaussagen treffen, die den konkreten Stabilitätsnachweis für das Gesamtsystem– selbst unter Einbeziehung von Beobachtern – erheblich vereinfachen. Im vorliegenden Beitrag werden die diesbezüglichen, auf Steuerbarkeitsbetrachtungen beruhenden, Zusammenhänge für zeitdiskrete Regelkreise aufgezeigt sowie daraus exemplarisch mittels Ljapunow-Funktionen eine einfache Reglerformel für Zustandsregler abgeleitet, die auch im Begrenzungsfall stabil arbeiten. Ein Beispielaus der elektrischen Antriebstechnik illustriert die Anwendbarkeit der vorgestellten Methode.
Message co chairmen
(2017)
Dieses Buch beschreibt die regelungstechnische Modellbildung und die darauf basierende Regelung der gebräuchlichsten, in industriellen Anwendungen eingesetzten elektrischen Maschinen.
Hinsichtlich des Reglerentwurfs wird eine sehr leistungsfähige Methodik angewendet, mit der alle analysierten Beispiele einheitlich behandelt werden können. Sie basiert auf der zeitdiskreten Zustandsraumbeschreibung stromrichtergespeister elektrischer Antriebe. Durch die leicht verständliche einführende Beschreibung der Methodik wird es auch Lesern, denen die Zustandsraummethodik nicht geläufig ist, möglich, dynamisch sehr hochwertige Regelungen zu implementieren.
Eine weitere Besonderheit ist die Einbeziehung von rückspeisefähigen Netzstromrichtern in die Betrachtungen.
Neben einigen Umgestaltungen und Erweiterungen wurden für die Neuauflage auch zahlreiche interessante Ergänzungen vorgenommen, etwa hinsichtlich Rückschlussmöglichkeiten aus Typenschildangaben einer Drehstrommaschine auf die in den zugehörigen Differentialgleichungen verwendeten Maschinenparameter sowie auf Möglichkeiten zu deren Identifikation im Betrieb.
In this study, a high-performance controller is proposed for single-phase grid-tied energy storage systems (ESSs). To control power factor and current harmonics and manage time-shifting of energy, the ESS is required to have low steady-state error and fast transient response. It is well known that fast controllers often lack the required steady-state accuracy and trade-off is inevitable. A hybrid control system is therefore presented that combines a simple yet fast proportional derivative controller with a repetitive controller which is a type of learning controller with small steady-state error, suitable for applications with periodic grid current harmonic waveforms. This results in an improved system with distortion-free, high power factor grid current. The proposed controller model is developed and design parameters are presented. The stability analysis for the proposed system is provided and the theoretical analysis is verified through stability, transient and steady-state simulations.
We present a two-dimensional (2D) planar chromatographic separation method for phytoestrogenic active compounds on RP-18 W (Merck, 1.14296) phase. It could be shown that an ethanolic extract of liquorice (Glycyrrhiza glabra) roots contains four phytoestrogenic active compounds. As solvent, in the first direction, the mix of hexane, ethyl acetate, and acetone (45:15:10, v/v) was used, and, in the second direction, that of acetone and water (15:10, v/v) was used. After separation, a modified yeast estrogen screen (YES) test was applied, using the yeast strain Saccharomyces cerevisiae BJ3505. The test strain (according to McDonnell) contains the estrogen receptor. Its activation by estrogen active compounds is measured by inducing the reporter gene lacZ which encodes the enzyme β-galactosidase. This enzyme activity is determined on plate by using the fluorescent substrate MUG (4-methylumbelliferyl-β-d-galactopyranoside). The enzyme can also hydrolyse X-β-Gal (5-bromo-4-chloro-3-indoxyl-β-d-galactopyranosid) into β-galactose and 5-bromo-4-chloro-3-indoxyl. The indoxyl compound is oxidized by oxygen forming the deep-blue dye 5,5β-dibromo-4,4β-dichloro-indigo which allows to detect phytoestrogenic activity more specific in the presence of native fluorescing compounds.
Simulation-based degradation assessment of lithium-ion batteries in a hybrid electric vehicle
(2017)
The insufficient lifetime of lithium-ion batteries is one of the major cost driver for mobile applications. The battery pack in vehicles is one of the most expensive single components that practically must be excluded from premature replacement (i.e., before the life span of the other components end). Battery degradation is a complex physicochemical process that strongly depends on operating condition and environment. We present a simulation-based analysis of lithium-ion battery degradation during operation with a standard PHEV test cycle. We use detailed multiphysics (extended Newman-type) cell models that allow the assessment of local electrochemical potential, species and temperature distributions as driving forces for degradation, including solid electrolyte interphase (SEI) formation [1]. Fig. 1 shows an exemplary test cycle and the predicted resulting spatially-averaged SEI formation rate. We apply a time-upscaling approach to extrapolate the degradation analysis over long time scales, keeping physical accuracy while allowing end-of-life assessment [2]. Results are presented for lithium-ion battery cells with graphite/LFP chemistry. The behavior of these cells in terms of degradation propensity, performance, state of charge and other internal states is predicted during long-term cycling. State of health (SOH) is quantified as capacity fade and internal resistance increase as function of operation time.
Practical bottlenecks associated with commercialization of Lithium-air cells include capacity limitation and low cycling efficiency. The origin of such losses can be traced to complex electrochemical side reactions and reactant mass transport losses[1]. The efforts to minimize such losses include exploration of various electrolytes with additives[2], and cell component geometry and material design. Given the wide range of options for such materials, it is almost impractical to experimentally setup and characterize all those cells. Consequently, modeling and simulation studies are efficient alternatives to analyze spatially and temporally resolved cell behavior for various combinations of materials[3]. In this study, with the help of a two-dimensional multi physics model, we have focused on the effect of electrode and electrolyte interaction (electrochemistry), choice of electrolyte (species transport), and electrode geometry (electrode design) on the performance of a lithium-air button cell. Figure1a shows the schematics of the 2D axisymmetric computational domain. A comparative analysis of five different electrolytes was performed while focusing on the 2D distribution of local current density and the concentration of electro-chemically active species in the cell, that is, O2and Li+. Using two different cathode configurations, namely, flooded electrode and gas diffusion electrode (GDE)[4] at different cathode thickness, the effect of cell geometry and electrolyte saturation on cell performance was explored. Further, a detailed discussion on electrode volume utilization (cf. Figure1b) is presented via changes in the active volume of cathode that produces 90% of the total current with the cell current density for different combinations of electrolyte saturations and cathode thickness.