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In recent years, physically unclonable functions (PUFs) have gained significant attraction in IoT security applications, such as cryptographic key generation and entity authentication. PUFs extract the uncontrollable production characteristics of different devices to generate unique fingerprints for security applications. When generating PUF-based secret keys, the reliability and entropy of the keys are vital factors. This study proposes a novel method for generating PUF-based keys from a set of measurements. Firstly, it formulates the group-based key generation problem as an optimization problem and solves it using integer linear programming (ILP), which guarantees finding the optimum solution. Then, a novel scheme for the extraction of keys from groups is proposed, which we call positioning syndrome coding (PSC). The use of ILP as well as the introduction of PSC facilitates the generation of high-entropy keys with low error correction costs. These new methods have been tested by applying them on the output of a capacitor network PUF. The results confirm the application of ILP and PSC in generating high-quality keys.
This thesis focuses on the development and implementation of a Datagram Transport Layer Security (DTLS) communication framework within the ns-3 network simulator, specifically targeting the LoRaWAN model network. The primary aim is to analyse the behaviour and performance of DTLS protocols across different network conditions within a LoRaWAN context. The key aspects of this work include the following.
Utilization of ns-3: This thesis leverages ns-3’s capabilities as a powerful discrete event network simulator. This platform enables the emulation of diverse network environments, characterized by varying levels of latency, packet loss, and bandwidth constraints.
Emulation of Network Challenges: The framework specifically addresses unique challenges posed by certain network configurations, such as duty cycle limitations. These constraints, which limit the time allocated for data transmission by each device, are crucial in understanding the real-world performance of DTLS protocols.
Testing in Multi-client-server Scenarios: A significant feature of this framework is its ability to test DTLS performance in complex scenarios involving multiple clients and servers. This is vital for assessing the behaviour of a protocol under realistic network conditions.
Realistic Environment Simulation: By simulating challenging network conditions, such as congestion, limited bandwidth, and resource constraints, the framework provides a realistic environment for thorough evaluation. This allows for a comprehensive analysis of DTLS in terms of security, performance, and scalability.
Overall, this thesis contributes to a deeper understanding of DTLS protocols by providing a robust tool for their evaluation under various and challenging network conditions.
Diese Arbeit befasst sich mit der Redigitalisierung von ausgedruckten Architektur-zeichnungen mit möglichst einfachen Mitteln. So sollen Fotos von herkömmlichen Smartphones die Grundlage für die Extraktion von Maßstab und Raumgeometrien sein.
Der erste der drei Schritte, die das Foto dabei durchläuft, ist die Beseitigung von perspektivischen Verzerrungen (Rektifizierung). Die hierfür benötigten Punkte werden durch ein, in dieser Arbeit trainiertes, Convolutional Neural Network (CNN) detektiert. Die so ermittelten Positionen stellen im zweiten Schritt, der Ermittlung eines Maßstabes, die Grundlage für das Auslesen der Maßzahlen mittels optical character recognition (OCR) dar. Da Räume nicht als solche in Bauzeichnungen eingezeichnet sind, werden im letzten Schritt, zuerst Wände, Türen und Fenster, durch mehrere mathematische Faltungen (convolutions) lokalisiert und innerhalb dieser Elemente, mittels wachsender Regionen, nach Räumen und Fluren gesucht.
Nach dem ein Foto diese Schritte durchlaufen hat, werden die ermittelten Geometrien sowie der Maßstab in einer Liste abgespeichert und im rektifizierten Bild, zusammen mit den berechneten Flächeninhalten, visualisiert. So kann ein Anwender schnell und einfach den Erfolg des Programmoutputs beurteilen.
Eine Versuchsreihe mit einigen Fotos ergab, dass ein Schattenwurf auf dem Papierplan bei Aufnahme des Lichtbildes zu vermeiden ist, da dieser sowohl bei der Auswertung durch das CNN, als auch innerhalb des OCR-Vorgangs zu Problemen führt, die in einigen Fällen eine Rektifizierung oder Maßstabsermittlung verhinderten.
Bei den übrigen fünf Fotos wurden durchschnittlich 31,8 von 32 Räumen detektiert, dabei wurde zwischen zwei und zwölf mal fälschlicherweise die Fensterbank als Fußboden detektiert. Die Standardabweichung der Flächeninhalte aller Räume betrug dabei 0,66 m², werden nur die Räume betrachtet, bei denen die Fensterbank korrekt erkannt wurde, beträgt die Standardabweichung lediglich 0,25 m².
Insgesamt werden die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse als „gut“ eingestuft, es bleiben jedoch auch einige Optimierungsmöglichkeiten an verschiedenen Stellen, besonders bei der Suche nach Räumen, bestehen.
Method and system for extractin metal and oxygen from powdered metal oxides (EP000004170066A2)
(2023)
A method for extracting metal and oxygen from powdered metal oxides in electrolytic cell is proposed, the electrolytic cell comprising a container, a cathode, an anode and an oxygen-ion-conducting membrane, the method comprising providing a solid oxygen ion conducting electrolyte powder into a container, providing a feedstock comprising at least one metal oxide in powdered form into the container, applying an electric potential across the cathode and the anode, the cathode being in communication with the electrolyte powder and the anode being in communication with the membrane in communication with the electrolyte powder, such that at least one respective metallic species of the at least one metal oxide is reduced at the cathode and oxygen is oxidized at the anode to form molecular oxygen, wherein the potential across the cathode and the anode is greater than the dissociation potential of the at least one metal oxide and less than the dissociation potential of the solid electrolyte powder and the membrane.
Blockchain-IIoT integration into industrial processes promises greater security, transparency, and traceability. However, this advancement faces significant storage and scalability issues with existing blockchain technologies. Each peer in the blockchain network maintains a full copy of the ledger which is updated through consensus. This full replication approach places a burden on the storage space of the peers and would quickly outstrip the storage capacity of resource-constrained IIoT devices. Various solutions utilizing compression, summarization or different storage schemes have been proposed in literature. The use of cloud resources for blockchain storage has been extensively studied in recent years. Nonetheless, block selection remains a substantial challenge associated with cloud resources and blockchain integration. This paper proposes a deep reinforcement learning (DRL) approach as an alternative to solving the block selection problem, which involves identifying the blocks to be transferred to the cloud. We propose a DRL approach to solve our problem by converting the multi-objective optimization of block selection into a Markov decision process (MDP). We design a simulated blockchain environment for training and testing our proposed DRL approach. We utilize two DRL algorithms, Advantage Actor-Critic (A2C), and Proximal Policy Optimization (PPO) to solve the block selection problem and analyze their performance gains. PPO and A2C achieve 47.8% and 42.9% storage reduction on the blockchain peer compared to the full replication approach of conventional blockchain systems. The slowest DRL algorithm, A2C, achieves a run-time 7.2 times shorter than the benchmark evolutionary algorithms used in earlier works, which validates the gains introduced by the DRL algorithms. The simulation results further show that our DRL algorithms provide an adaptive and dynamic solution to the time-sensitive blockchain-IIoT environment.
An Overview of Technologies for Improving Storage Efficiency in Blockchain-Based IIoT Applications
(2022)
Since the inception of blockchain-based cryptocurrencies, researchers have been fascinated with the idea of integrating blockchain technology into other fields, such as health and manufacturing. Despite the benefits of blockchain, which include immutability, transparency, and traceability, certain issues that limit its integration with IIoT still linger. One of these prominent problems is the storage inefficiency of the blockchain. Due to the append-only nature of the blockchain, the growth of the blockchain ledger inevitably leads to high storage requirements for blockchain peers. This poses a challenge for its integration with the IIoT, where high volumes of data are generated at a relatively faster rate than in applications such as financial systems. Therefore, there is a need for blockchain architectures that deal effectively with the rapid growth of the blockchain ledger. This paper discusses the problem of storage inefficiency in existing blockchain systems, how this affects their scalability, and the challenges that this poses to their integration with IIoT. This paper explores existing solutions for improving the storage efficiency of blockchain–IIoT systems, classifying these proposed solutions according to their approaches and providing insight into their effectiveness through a detailed comparative analysis and examination of their long-term sustainability. Potential directions for future research on the enhancement of storage efficiency in blockchain–IIoT systems are also discussed.
An der Offenburger Hochschule wurde eine neue Art der Ansteuerungsmethode für Handprothesen und -orthesen entwickelt, die auf der Verwendung einer Augmented Reality Brille basiert. Dieses neue Prothesensystem soll in einer ersten Studie an Probanden auf seine Alltagstauglichkeit getestet werden. Ziel dieser Arbeit ist es, die regulatorischen Anforderungen an eine solche Studie zusammenzustellen, mit Schwerpunkt auf einem Antrag bei einer Ethikkommission. Außerdem sind mittels Literaturrecherche Tests zu identifizieren und zu analysieren, die für die Beurteilung von Handprothesen verwendet werden. Hierfür wird erörtert was Alltagstauglichkeit bedeutet und welche Eigenschaften und Ziele identifizierte Tests haben.
AI-based Ground Penetrating Radar Signal Processing for Thickness Estimation of Subsurface Layers
(2023)
This thesis focuses on the estimation of subsurface layer thickness using Ground Penetrating Radar (GPR) A-scan and B-scan data through the application of neural networks. The objective is to develop accurate models capable of estimating the thickness of up to two subsurface layers.
Two different approaches are explored for processing the A-scan data. In the first approach, A-scans are compressed using Principal Component Analysis (PCA), and a regression feedforward neural network is employed to estimate the layers’ thicknesses. The second approach utilizes a regression one-dimensional Convolutional Neural Network (1-D CNN) for the same purpose. Comparative analysis reveals that the second approach yields superior results in terms of accuracy.
Subsequently, the proposed 1-D CNN architecture is adapted and evaluated for Step Frequency Continuous Wave (SFCW) radar, expanding its applicability to this type of radar system. The effectiveness of the proposed network in estimating subsurface layer thickness for SFCW radar is demonstrated.
Furthermore, the thesis investigates the utilization of GPR B-scan images as input data for subsurface layer thickness estimation. A regression CNN is employed for this purpose, although the results achieved are not as promising as those obtained with the 1-D CNN using A-scan data. This disparity is attributed to the limited availability of B-scan data, as B-scan generation is a resource-intensive process.
In this paper, a concept for an anthropomorphic replacement hand cast with silicone with an integrated sensory feedback system is presented. In order to construct the personalized replacement hand, a 3D scan of a healthy hand was used to create a 3D-printed mold using computer-aided design (CAD). To allow for movement of the index and middle fingers, a motorized orthosis was used. Information about the applied force for grasping and the degree of flexion of the fingers is registered using two pressure sensors and one bending sensor in each movable finger. To integrate the sensors and additional cavities for increased flexibility, the fingers were cast in three parts, separately from the rest of the hand. A silicone adhesive (Silpuran 4200) was examined to combine the individual parts afterwards. For this, tests with different geometries were carried out. Furthermore, different test series for the secure integration of the sensors were performed, including measurements of the registered information of the sensors. Based on these findings, skin-toned individual fingers and a replacement hand with integrated sensors were created. Using Silpuran 4200, it was possible to integrate the needed cavities and to place the sensors securely into the hand while retaining full flexion using a motorized orthosis. The measurements during different loadings and while grasping various objects proved that it is possible to realize such a sensory feedback system in a replacement hand. As a result, it can be stated that the cost-effective realization of a personalized, anthropomorphic replacement hand with an integrated sensory feedback system is possible using 3D scanning and 3D printing. By integrating smaller sensors, the risk of damaging the sensors through movement could be decreased.
Fifth-generation (5G) cellular mobile networks are expected to support mission-critical low latency applications in addition to mobile broadband services, where fourth-generation (4G) cellular networks are unable to support Ultra-Reliable Low Latency Communication (URLLC). However, it might be interesting to understand which latency requirements can be met with both 4G and 5G networks. In this paper, we discuss (1) the components contributing to the latency of cellular networks and (2) evaluate control-plane and user-plane latencies for current-generation narrowband cellular networks and point out the potential improvements to reduce the latency of these networks, (3) present, implement and evaluate latency reduction techniques for latency-critical applications. The two elements we detected, namely the short transmission time interval and the semi-persistent scheduling are very promising as they allow to shorten the delay to processing received information both into the control and data planes. We then analyze the potential of latency reduction techniques for URLLC applications. To this end, we develop these techniques into the long term evolution (LTE) module of ns-3 simulator and then evaluate the performance of the proposed techniques into two different application fields: industrial automation and intelligent transportation systems. Our detailed evaluation results from simulations indicate that LTE can satisfy the low-latency requirements for a large choice of use cases in each field.
In dieser Bachelorthesis wurde ein Funktionsmuster eines energieautarken elektronischen Türschildes mit einem 7,8” großen E-Paper-Display und NFC-Konfigurationsschnittstelle entwickelt, auf dem per Smartphone-App und NFC einfach Informationen wie Abwesendheitsnachrichten angezeigt werden können. Hierzu wird ein Kommunikationsprotokoll entwickelt, welches die Kommunikation zwischen App und Türschild spezifiziert, und einen Befehlssatz zur Konfiguration des Türschildes bereitstellt. Das System wird aus amorphen Silizium-Solarzellen versorgt und verfügt über einen LiPo-Akku als Energiespeicher. Durch sorgfältiges Hardware- und Software-seitiges Low-Power-Design beträgt die Leistungsaufnahme im Ruhemodus lediglich 1, 5 μW. Bedingt durch den anwenderfreundlichen, jedoch für Low-Power-Designs ungeeigneten Display-Controller, beträgt der Energieverbrauch während eines Updates 300 mW. Trotzdem zeigt sich, dass das System bei einer Zellfläche von knapp 220 cm2 auch bei schlechter Beleuchtung von 10 lx in dunklen Gängen mehrere Türschild-Updates pro Tag bereitstellen kann.
Elektronische Türschilder zur Darstellung von Informationen sind insbesondere in öffentlichen Gebäuden zwischenzeitlich weit verbreitet. Die Varianz dieser elektronischen Türschilder reicht vom Tablet-basierten Türschild bis hin zum PC-basierten Türschild mit externem Bildschirm. Zumeist werden die Systeme mit 230 V betrieben. Bei einer großen Summe von Türschildern in öffentlichen Gebäuden kann dies zu einem signifikanten Umsatz an Energie führen. Im Rahmen dieses Papers wird die Entwicklung eines energieautarken arbeiten Türschildes vorgestellt, bei dem ein E-Paper-Display zum Einsatz kommt. Das Türschild lässt sich per Smartphone-App und NFC-Schnittstelle konfigurieren. Es wird insbesondere auf das Low-Power-Hardware-Design der Elektronik und energetische Aspekte eingegangen.
When people with hearing loss are provided with different devices in each ear, these devices usually have different processing latencies. This leads to static temporal offsets between both ears in the order of several milliseconds. This thesis measured effects of such offsets in stimulation timing on mechanisms of binaural hearing, such as sound localization and speech understanding in noise in hearing-impaired and normal-hearing listeners.
Subjects utilizing a cochlear implant (CI) in one ear and a hearing aid (HA) on the contralateral ear suffer from mismatches in stimulation timing due to different processing latencies of both devices. This device delay mismatch leads to a temporal mismatch in auditory nerve stimulation. Compensating for this auditory nerve stimulation mismatch by compensating for the device delay mismatch can significantly improve sound source localization accuracy. One CI manufacturer has already implemented the possibility of mismatch compensation in its current fitting software. This study investigated if this fitting parameter can be readily used in clinical settings and determined the effects of familiarization to a compensated device delay mismatch over a period of 3–4 weeks. Sound localization accuracy and speech understanding in noise were measured in eleven bimodal CI/HA users, with and without a compensation of the device delay mismatch. The results showed that sound localization bias improved to 0°, implying that the localization bias towards the CI was eliminated when the device delay mismatch was compensated. The RMS error was improved by 18% with this improvement not reaching statistical significance. The effects were acute and did not further improve after 3 weeks of familiarization. For the speech tests, spatial release from masking did not improve with a compensated mismatch. The results show that this fitting parameter can be readily used by clinicians to improve sound localization ability in bimodal users. Further, our findings suggest that subjects with poor sound localization ability benefit the most from the device delay mismatch compensation.
Users of a cochlear implant (CI) in one ear, who are provided with a hearing aid (HA) in the contralateral ear, so-called bimodal listeners, are typically affected by a constant and relatively large interaural time delay offset due to differences in signal processing and differences in stimulation. For HA stimulation, the cochlear travelling wave delay is added to the processing delay, while for CI stimulation, the auditory nerve fibers are stimulated directly. In case of MED-EL CI systems in combination with different HA types, the CI stimulation precedes the acoustic HA stimulation by 3 to 10 ms. A self-designed, battery-powered, portable, and programmable delay line was applied to the CI to reduce the device delay mismatch in nine bimodal listeners. We used an A-B-B-A test design and determined if sound source localization improves when the device delay mismatch is reduced by delaying the CI stimulation by the HA processing delay (τ HA ). Results revealed that every subject in our group of nine bimodal listeners benefited from the approach. The root-mean-square error of sound localization improved significantly from 52.6° to 37.9°. The signed bias also improved significantly from 25.2° to 10.5°, with positive values indicating a bias toward the CI. Furthermore, two other delay values (τ HA –1 ms and τ HA +1 ms) were applied, and with the latter value, the signed bias was further reduced in some test subjects. We conclude that sound source localization accuracy in bimodal listeners improves instantaneously and sustainably when the device delay mismatch is reduced.
In asymmetric treatment of hearing loss, processing latencies of the modalities typically differ. This often alters the reference interaural time difference (ITD) (i.e., the ITD at 0° azimuth) by several milliseconds. Such changes in reference ITD have shown to influence sound source localization in bimodal listeners provided with a hearing aid (HA) in one and a cochlear implant (CI) in the contralateral ear. In this study, the effect of changes in reference ITD on speech understanding, especially spatial release from masking (SRM) in normal-hearing subjects was explored. Speech reception thresholds (SRT) were measured in ten normal-hearing subjects for reference ITDs of 0, 1.75, 3.5, 5.25 and 7 ms with spatially collocated (S0N0) and spatially separated (S0N90) sound sources. Further, the cues for separation of target and masker were manipulated to measure the effect of a reference ITD on unmasking by A) ITDs and interaural level differences (ILDs), B) ITDs only and C) ILDs only. A blind equalization-cancellation (EC) model was applied to simulate all measured conditions. SRM decreased significantly in conditions A) and B) when the reference ITD was increased: In condition A) from 8.8 dB SNR on average at 0 ms reference ITD to 4.6 dB at 7 ms, in condition B) from 5.5 dB to 1.1 dB. In condition C) no significant effect was found. These results were accurately predicted by the applied EC-model. The outcomes show that interaural processing latency differences should be considered in asymmetric treatment of hearing loss.
The increase of the Internet of Things (IoT) calls for secure solutions for industrial applications. The security of IoT can be potentially improved by blockchain. However, blockchain technology suffers scalability issues which hinders integration with IoT. Solutions to blockchain’s scalability issues, such as minimizing the computational complexity of consensus algorithms or blockchain storage requirements, have received attention. However, to realize the full potential of blockchain in IoT, the inefficiencies of its inter-peer communication must also be addressed. For example, blockchain uses a flooding technique to share blocks, resulting in duplicates and inefficient bandwidth usage. Moreover, blockchain peers use a random neighbor selection (RNS) technique to decide on other peers with whom to exchange blockchain data. As a result, the peer-to-peer (P2P) topology formation limits the effective achievable throughput. This paper provides a survey on the state-of-the-art network structures and communication mechanisms used in blockchain and establishes the need for network-based optimization. Additionally, it discusses the blockchain architecture and its layers categorizes existing literature into the layers and provides a survey on the state-of-the-art optimization frameworks, analyzing their effectiveness and ability to scale. Finally, this paper presents recommendations for future work.
Background: This paper presents a novel approach for a hand prosthesis consisting of a flexible, anthropomorphic, 3D-printed replacement hand combined with a commercially available motorized orthosis that allows gripping.
Methods: A 3D light scanner was used to produce a personalized replacement hand. The wrist of the replacement hand was printed of rigid material; the rest of the hand was printed of flexible material. A standard arm liner was used to enable the user’s arm stump to be connected to the replacement hand. With computer-aided design, two different concepts were developed for the scanned hand model: In the first concept, the replacement hand was attached to the arm liner with a screw. The second concept involved attaching with a commercially available fastening system; furthermore, a skeleton was designed that was located within the flexible part of the replacement hand.
Results: 3D-multi-material printing of the two different hands was unproblematic and inexpensive. The printed hands had approximately the weight of the real hand. When testing the replacement hands with the orthosis it was possible to prove a convincing everyday functionality. For example, it was possible to grip and lift a 1-L water bottle. In addition, a pen could be held, making writing possible.
Conclusions: This first proof-of-concept study encourages further testing with users.
Im Projekt MOBCOM wird ein neues Verfahren zur Zustandsüberwachung von elektrischen Betriebsmitteln in Niederspannungsnetzen und Anlagen entwickelt. Mittels PLC (power line communication) Technologie werden hochfrequente transiente Vorgänge auf dem Stromkanal und dessen Übertragungseigenschaften erfasst und bewertet. Durch Ableiten bestimmter Parameter soll zustandsbedingte Wartung vorhergesagt und so der Ausfall von Betriebsmittel vermieden werden.
A balcony photovoltaic (PV) system, also known as a micro-PV system, is a small PV system consisting of one or two solar modules with an output of 100–600 Wp and a corresponding inverter that uses standard plugs to feed the renewable energy into the house grid. In the present study we demonstrate the integration of a commercial lithium-ion battery into a commercial micro-PV system. We firstly show simulations over one year with one second time resolution which we use to assess the influence of battery and PV size on self-consumption, self-sufficiency and the annual cost savings. We then develop and operate experimental setups using two different architectures for integrating the battery into the micro-PV system. In the passive hybrid architecture, the battery is in parallel electrical connection to the PV module. In the active hybrid architecture, an additional DC-DC converter is used. Both architectures include measures to avoid maximum power point tracking of the battery by the module inverter. Resulting PV/battery/inverter systems with 300 Wp PV and 555 Wh battery were tested in continuous operation over three days under real solar irradiance conditions. Both architectures were able to maintain stable operation and demonstrate the shift of PV energy from the day into the night. System efficiencies were observed comparable to a reference system without battery. This study therefore demonstrates the feasibility of both active and passive coupling architectures.
Ziel der Thesis war zuerst eine kurze Literatur-Recherche und eine Einarbeitung in die Automatisierungstechnik (insbesondere in Robotik, speicherprogrammierbare Steuerungen, Bildverarbeitung und Kommunikationsmöglichkeiten), dann die Konzeption und der Aufbau eine Schulungszelle, mit der die Studenten in die Praxis umsetzen können, was sie im Labor gelernt haben und am Ende die Herstellung von Schulungsunterlagen.
Dafür wurde eine mehrstufige Lösung ausgewählt und betrachtet. Diese Lösung besteht in erster Linie in der Erforschung über die verschiedenen verfügbaren Komponenten. das heißt, die Bedienung und die Programmierung eines Universalroboters(UR5e), einer Sensopart-Kamera, eines Wago-PLC mit der Festo Pick-Place didaktisch Station und natürlich die Steuerung ihrer verschiedenen Software zu beherrschen. Dann folgen die Konzeption und der Aufbau der Schulungszelle, die Programmierung einer didaktischen Applikation, die den Studenten als Beispiel dient, und schließlich die Erstellung einer Anleitung dieser Applikation.
Um ein neues System zur Korrektur des Tool Center Points des Roboterwerkzeugs zu finden, wurde diese Bachelorarbeit von der Firma Badische Staal Enginering angeboten. Das Ziel ist es, die Position und den Winkel des TCP1 des an den Roboter angebrachten Tools zu korrigieren, basierend auf dem Messergebnis des TCP. Für diese Arbeit wurde eine Roboterstation bereitgestellt, die auch mit einer Triangulationskamera ausgestattet war.
Nach einer Analyse und Entwicklung des Systems wurde ein Programm erstellt, das Bewegungen, Messungen und Berechnungen kombiniert. Sobald dieses Korrektursystem entwickelt ist, wird eine Testbasis an die Projektbedingungen angepasst, um seine Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit unter realen Bedingungen zu testen. Diese Arbeit wird in der Testumgebung der Halle der BSW2 Anlagenbau und Ausbildung GmbH durchgeführt.
Um die Akzeptanz und Relevanz von Mailings zu steigern, ist es für Unternehmen wichtig, die Kundeninteressen möglichst gezielt anzusprechen. Bereits jetzt wird die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zusammen mit Recommender Systemen eingesetzt, was das Erstellen und Versenden von E-Mails mit personalisierten Produktempfehlungen ermöglicht. Das notwendige Wissen für den Aufbau und den Betrieb dieser Recommender Systeme liegt dabei jedoch bei (externen) Technologie-Partnern, wodurch höhere Kosten und zusätzliche Abhängigkeiten für Inxmail und seine Kunden entstehen.
Mit dieser Arbeit wurde erforscht, was es für das Unternehmen Inxmail bedeutet, mit Open-Source-Software ein eigenständiges Recommender System aufzubauen und in die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zu integrieren. Hierfür wird Inxmail Professional in einem typischen Kontext mit einem angebundenen Onlineshop System betrachtet. Das Recommender System soll anhand der Daten, die es aus dem Onlineshop System bekommt, individuelle Produktempfehlungen berechnen, um diese automatisiert beim Versand für jeden Empfänger abfragen und in die E-Mail integrieren zu können.
Auf Basis des Machine Learning Servers Harness und der integrierten Universal Recommender Engine wurde ein Recommender System aufgebaut.
Für die Integration des Onlineshop Systems Shopware wurde ein Plugin entwickelt, welches das Recommender System über alle relevanten Benutzeraktionen benachrichtigt. Die Inxmail Professional Integration basiert auf einem Webservice, der implementiert wurde, um die individuellen Produktempfehlungen für einen Kunden/Empfänger beim Recommender System abzufragen und mit den Detailinformationen zu den Produkten aus dem Onlineshop aufzubereiten.
Es konnte gezeigt werden, dass auf der Grundlage von Open-Source-Technologien ein eigenständiges Recommender System aufgebaut, evaluiert und in Inxmail Professional mit angebundenem Onlineshop System integriert werden kann. Der Gesamtprozess für die Evaluation des Systems wurde weitestgehend automatisiert, wodurch viele manuelle und zeitintensive Schritte über Steuerungsskripte abgehandelt werden können. Das System erlaubt die reibungslose Verarbeitung großer Datenmengen (> 19.000.000 Events) auf einem einzelnen Server. Die Vorhersagequalität wurde anhand realer Interaktionsdaten aus öffentlichen E-Commerce-Datensätzen mit Offline-Tests gemessen. Dadurch wurde sichergestellt, dass das System in der Lage ist, bei stetig wachsender Eventmenge zuverlässige aufempfehlungen zu berechnen. Die Tests haben gezeigt, dass bei mehreren Millionen Events von mehreren Tausend Benutzern für mehrere Tausend Produkte, 13 % bis 15 % aller tatsächlichen Käufe in den Top-10 der vom System vorgeschlagenen Empfehlungen enthalten waren.
Damit wurde die Grundlage für den selbstständigen Aufbau und Betrieb eines Recommender Systems gelegt, was eine sinnvolle und kostengünstige Alternative zu externen Systemen sein kann.
Entwicklung und Realisierung eines Konzepts zur Erweiterung des Messbereichs einer Druckmesszelle
(2022)
Die Messung, von Prozessdrücken in industriellen Anlagen, ist heutzutage nicht mehr wegzudenken. Hierbei können während des Betriebs gelegentlich ungewollte Überdrücke auftreten, welche über dem Messbereich der eingesetzten Sensorik liegen. Mit den bisher bekannten Drucksensoren können solche Überdrücke daher nicht detektiert werden. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Konzepts, welches eine Messbereichserweiterung hervorbringt. Mit diesem sollen Drücke bis zu einer messbereichsspezifischen Grenze detektiert werden können.
Im ersten Schritt werden die Kapazitäten der Messzellen der aktuell bestehenden Sensorelektronik aufgenommen und ausgewertet. Aufgrund der Verläufe der gemessenen Kapazitäten, wird der Fokus auf die Auswertung der Referenzkapazität gelegt. Anschließend folgt das Approximieren des Verlaufs der Referenzkapazität durch geeignete mathematische Funktionen und das Entwickeln eines messbereichsübergreifenden Algorithmus. Hierfür wird die Methode der kleinsten Fehlerquadrate angewandt. Nachdem sich ein vielversprechendes Fitting, mittels zwei Polynomen herauskristallisiert hat, erfolgt die softwareseitige Implementierung des Algorithmus für einen Mikrocontroller auf der Sensorelektronik. Im letzten Teil der Arbeit werden Testmessungen durchgeführt, um die approximierten Polynome zu validieren.
Am Ende der Arbeit entsteht eine funktionierende Messbereichserweiterung zur Detektion von Drücken im Überlastbereich. Hierbei wird eine verhältnismäßig hohe Genauigkeit mit wenigen zusätzlichen Messpunkten erzielt.
Analyse domänenseitiger Optimierungen für Deep Reinforcement Learning in der RoboCup Umgebung
(2021)
Mit dem Team "magmaOffenburg" nimmt die Hochschule Offenburg seit 2009 am internationalen Wettbewerb "RoboCup" in der 3D-Simulationsliga für Fußball teil. Dabei kommt es vor allem auf den Einsatz guter Lauf- und Kickverhalten an. Seit 2019 ist es dem Team magmaOffenburg möglich auch Deep Reinforcement Learning für die Weiterentwicklung der Verhalten einzusetzen. Während auf diese Weise schon verwendbare Ergebnisse für das Kicken produziert wurden, so fehlt noch ein Fortschritt beim Laufen lernen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den nötigen Optimierungen auf der Domänenseite, um das gelernte Laufen zu verbessern. Das beinhaltet die Optimierung des Observation- und Actionspaces, sowie auch eine Optimierung der Rewardfunktion. Dabei wurde versucht, die einzelnen Einflüsse verschiedener Parameter und Techniken innerhalb dieser drei Bereiche zu evaluieren. So konnte zum Schluss eine Verbesserung in der Laufgeschwindigkeit von etwas unter einem Meter pro Sekunde auf bis zu 1,8 Metern pro Sekunde erreicht werden. Ausschlaggebend für dieses Ergebnis waren vor allem der Verbesserungen in der Rewardfunktion.
Go ist eine 2009 veröffentlichte Programmiersprache mit einem statischen Typsystem. Seit Version 1.18 sind auch Generics ein Teil der Sprache. Deren Übersetzung wurde im de facto Standard-Compiler mittels Monomorphisierung umgesetzt. Diese bringt neben einigen Vorteilen auch Nachteile mit sich. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit einer alternativen Übersetzungsstrategie für Generics in Go und implementiert diese in einem neuen Compiler für Featherweight Generic Go, einem Subset von Go. Zum Schluss steht damit ein nahezu funktionierender Compiler, welcher schließlich Racket-Code ausgibt. Eine Evaluierung der Performanz der Übersetzungsstrategie ist allerdings noch ausstehend.
In den letzten Jahrzehnten haben permanentmagneterregte Synchronmaschinen und deren Regelung immer mehr Einzug in industrielle Applikationen erhalten. Durch die weltweit wachsende Elektromobilität partizipiert das Automobil an deren fortschreitenden Einsatzmöglichkeit.
Die Modellierung eines physikalisch-technischen Systems ist ein wichtiger Bestandteil in der Entwicklung einer Regelung. Inhaltlich setzt sich die Abschlussarbeit mit dieser Vorgehensweise für eine 6-phasige permanentmagneterregte Synchronmaschine auseinander. Durch die doppelte Anzahl an Statorwicklungen existieren unter anderem zwei verschiedene Wicklungskonzepte, wie eine elektrische Maschine aufgebaut sein könnte. Beide Wicklungskonzepte, bei dem entweder eine volle magnetische Kopplung oder keine magnetische Kopplung der betrachteten Teilsysteme vorliegt, werden untersucht. Ziel der Masterthesis ist es, eine mathematische Grundlage für die Modellbildung einer 6-phasigen permanentmagneterregten Synchronmaschine herzuleiten, um darauf aufbauend eine feldorientierte Regelung zu entwerfen. Wie in der industriellen Antriebstechnik gebräuchlich, erfolgt die Regelung in einem rotierenden Koordinatensystem. Die Stromregelung basiert auf einen zeitkontinuierlichen PI-Regler samt Spannungsbegrenzung und einer Anti-Windup-Struktur. In der Ausarbeitung wird mithilfe zweier Simulationsmodelle bewiesen, dass sowohl das mathematische Modell einer 6-phasigen permanentmagneterregten Synchronmaschine als auch deren Regelung simulationstechnisch die erwarteten Resultate liefern.
Occluders made of the shape memory alloy Nitinol are commonly used to close Atrial Septal Defects (ASD). Until now, standard parameters are missing defining the mechanical properties of these implants. In this study,we developed a special measuring setup for the determination of the mechanical properties of customly available occluders (i.e. Occlutech Figulla®Flex II 29ASD12 and AGA AMPLATZER™9-ASD-012
Da die hohe Anzahl an Steuergeräten in einem Fahrzeug von den unterschiedlichsten Automobilzulieferern entwickelt und produziert werden, ist es den einzelnen Steuergeräte-Herstellern nicht möglich, diese während des Entwicklungsprozesses in einem realen Fahrzeug zu testen. Restbussimulationen, womit Fahrzeugnetzwerke softwaretechnisch nachgebaut werden, schaffen hierbei Abhilfe.
Für die Entwicklung konkurrenzfähiger, effizienter und wirtschaftlicher Steuergerätesoftware wird die Embedded Software in einzelne Module unterteilt. Dieser modulare Prozess ermöglicht das Implementieren der Embedded Softwaremodule in Steuergeräte unterschiedlicher Fahrzeughersteller, sodass es zu Kosteneinsparungen während der Entwicklung und Wartung kommt. Steuergeräte, welche in unterschiedlichen Fahrzeugen zum Einsatz kommen und eine hohe Anzahl an gleichen Softwaremodulen besitzen, werden in sogenannten „Plattformen“ gehandelt.
Im Rahmen dieser Arbeit wird, analog zu der Plattformsoftware der Steuergeräte eine Plattform-Restbussimulation entworfen. Sie stellt dem Softwareentwickler während des kompletten Entwicklungszyklus eine lauffähige Testumgebung zur Verfügung, welche wichtige Steuergeräte eines Fahrzeugnetzwerks nachbildet. So werden in dieser Arbeit Konzepte erstellt und implementiert, welche eine effiziente und intuitive Benutzung der Plattform-Restbussimulation ermöglichen und alle Plattformkunden mit einer einzigen Simulationsumgebung abdecken. Dies führt zu einer zeitlichen Einsparung bei der Implementierung, Verwaltung und Bedienung.
Ziel dieses Projekt war, an einem existierenden, funktionierenden und LabVIEW-programmierten Roboter Verbesserungen durchzuführen, damit er stabiler, robuster, einfacher zu benutzen ist, und damit er in seinen Aktionen wiederholbar ist. Der Roboter wurde aus dem Starter-Pack von National Instruments (NI) gebaut, der ein MyRIO-Programmiergerät enthält. Dieses lässt sich in einer graphischen Programmierungssprache (LabVIEW) programmieren, die mehrere Aktionen parallel durchführen kann und in der Industrie weit verbreitet ist. Der Roboter wurde von einem vorherigen Team schon begonnen und konzipiert und besteht aus 3 Etagen, die die Motoren, die mechanischen Teilen und das elektronische Material behalten. Die Mechanik und die Elektronik waren funktionell, aber weder robust noch dauerhaft. Die Programmierung enthielt einige Fehler, die zuerst korrigiert werden mussten. Eine Zeit war nötig, um die vorherigen technischen Lösungen anzuschauen und um sich mit der Programmierung in LabVIEW vertraut zu machen. Dann wurde vor dem ersten Wettbewerb das System für die Aufgabe der Sortierung der Bälle mit einer opaken 3D-bedruckten Abdeckung ausgestattet, um den lichtempfindlichen Sensor vor Licht zu schützen und die vorige Alufolie mit einer robusten Lösung zu ersetzen. Unser Team, das aus drei bis fünf Studenten (abhängig von den Semestern) besteht, hat am 4. Oktober 2018 an einem Wettbewerb der Firma National Instruments teilgenommen, bei dem ein Roboter verschiedene Aktionen selbstständig auf einer Strecke durchführen soll. Ziel dieses Wettbewerbs ist es, die Teamarbeit und die Produkte von National Instruments durch den Bau eines Roboters und dessen Programmierung aus einem MyRIO-Gerät zu fördern. Der Wettbewerb fand bei der Veranstaltung „NI Days“ statt und sah fünf Teams französischer Studenten gegeneinander antreten. Unser Roboter gewann den ersten Platz im Wettbewerb, indem er die meisten Punkte in den Runden erzielte. Nach dem Wettbewerb wurde der Schwerpunkt auf die Mechanik und die Programmierung gelegt, da es noch Probleme gab und um die technischen Lösungen des Roboters robuster zu machen. Dabei wurden Schutzteile von Liniensensoren konzipiert und die Dimensionierung des Arms für die Aufgabe der Rohre begonnen, was danach von einem anderen Teammitglieder weitergeführt wurde. Bezüglich der Programmierung wurde das Frontpanel komplett geändert und die Klarheit des Programms anhand von Kommentaren und Beschreibungen verbessert, um das Programm einfacher und benutzerfreundlicher zu machen. Danach wurden die Probleme der Datei gelöst, die die Zustände des Roboters im Embedded Modus aufschreibt, damit wir Informationen haben, wenn es auf der Strecke einen Fehler gab. Schließlich galt es, die Regelung der Hauptmotoren des Roboters zu verbessern, um seine Verfahrgeschwindigkeit zu erhöhen und gleichzeitig sicherzustellen, dass er die Linie nicht verlässt. Dieses ermöglichte, die Ausführungsgeschwindigkeit der Strecke zu erreichen, die 1,4-mal höher war als die vorherige Geschwindigkeit. Am Ende dieser Arbeit wird ein neues Team von drei bis fünf Studenten das Projekt übernehmen, um sich auf den nächsten Wettbewerb vorzubereiten und den Roboter weiter zu verbessern.
Annotated training data is essential for supervised learning methods. Human annotation is costly and laborsome especially if a dataset consists of hundreds of thousands of samples and annotators need to be hired. Crowdsourcing emerged as a solution that makes it easier to get access to large amounts of human annotators. Introducing paid external annotators however introduces malevolent annotations, both intentional and unintentional. Both forms of malevolent annotations have negative effects on further usage of the data and can be summarized as spam. This work explores different approaches to post-hoc detection of spamming users and which kinds of spam can be detected by them. A manual annotation checking process resulted in the creation of a small user spam dataset which is used in this thesis. Finally an outlook for future improvements of these approaches will be made.
In Unternehmen entstehen beim Prozess der digitalen Transformation stetig neue Anwendungen und Auswertungen. Es wird viel Zeit und Geld in digitale Lösungen investiert, die das Arbeitsumfeld verbessern. Die Plattformen zur Verwaltung und Verteilung dieser werden dabei jedoch häufig vernachlässigt.
Ziel dieser Arbeit ist es eine solche Plattform in Form eines App-Stores für den Standort zu entwickeln. Dabei liegt der Fokus auf der Verbesserung der App-Nutzung, was durch eine nutzerfreundliche Oberfläche für Endanwender und Entwickler erreicht werden soll. Weiterhin ist eine hohe Wartbarkeit der Plattform notwendig, damit sie auch von einem kleinen Team betrieben werden kann.
Zunächst wurde analysiert, welche Architektur und Technologien für die Umsetzung gut geeignet und welche vom Unternehmen vorgegeben sind. Dabei stellte sich heraus, dass eine Microservice-Architektur am besten geeignet ist. Als Technologie stand lediglich das Framework zur Frontendimplementierung zur Wahl, hier war Angular am besten geeignet.
Durch die Verwendung eines iterativen Prozesses konnten bereits zu Beginn die späteren Nutzer in die Entwicklung eingebunden werden. Dies ermöglichte das Ermitteln aller Anforderungen und Entwerfen einer nutzerfreundlichen Oberfläche. Dieses iterative Vorgehen wurde auch während der Implementierung eingesetzt. Dazu wurden mit Testdaten befüllte Versionen bereitgestellt, damit Nutzer frühzeitig Rückmeldung geben konnten.
When a patient with hearing aids needs to partake in audiometry procedures they need to visit a specialist which costs both time and money. Ideally, the patient should be able to conduct these tests alone, during their own time, and without additional costs. With this idea comes the question of if whether this is possible or not, and, if it is, how.
This thesis explores the throughput of Bluetooth Low Energy and if it is configurable to have a high enough data rate to send high quality audio data with a lossless audio codec while communicating with a low end device. Additionally, this thesis will show that using Rust to develop embedded software is possible and how using it can make the process of doing so easier.
The status quo of PROFINET, a commonly used industrial Ethernet standard, provides no inherent security in its communication protocols. In this thesis an approach for protecting real-time PROFINET RTC messages against spoofing, tampering and optionally information disclosure is specified and implemented into a real-world prototype setup. Therefor authenticated encryption is used, which relies on symmetric cipher schemes. In addition a procedure to update the used symmetric encryption key in a bumpless manner, e.g. without interrupting the real-time communication, is introduced and realized.
The concept for protecting the PROFINET RTC messages was developed in collaboration with a task group within the security working group of PROFINET International. The author of this thesis has also been part of that task group. This thesis contributes by proofing the practicability of the concept in a real-world prototype setup, which consists of three FPGA-based development boards that communicate with each other to showcase bumpless key updates.
To enable a bumpless key update without disturbing the deterministic real-time traffic by dedicated messages, the key update annunciation and status is embedded into the header. By provisioning two key slots, of which only one is in used, while the other is being prepared, a well-synchronized coordinated switch between the receiver and the sender performs the key update.
The developed prototype setup allows to test the concept and builds the foundation for further research and implementation activities, e.g. the impact of cryptographic operations onto the processing time.
In this paper, we study the runtime performance of symmetric cryptographic algorithms on an embedded ARM Cortex-M4 platform. Symmetric cryptographic algorithms can serve to protect the integrity and optionally, if supported by the algorithm, the confidentiality of data. A broad range of well-established algorithms exists, where the different algorithms typically have different properties and come with different computational complexity. On deeply embedded systems, the overhead imposed by cryptographic operations may be significant. We execute the algorithms AES-GCM, ChaCha20-Poly1305, HMAC-SHA256, KMAC, and SipHash on an STM32 embedded microcontroller and benchmark the execution times of the algorithms as a function of the input lengths.
This paper provides a comprehensive overview of approaches to the determination of isocontours and isosurfaces from given data sets. Different algorithms are reported in the literature for this purpose, which originate from various application areas, such as computer graphics or medical imaging procedures. In all these applications, the challenge is to extract surfaces with a specific isovalue from a given characteristic, so called isosurfaces. These different application areas have given rise to solution approaches that all solve the problem of isocontouring in their own way. Based on the literature, the following four dominant methods can be identified: the marching cubes algorithms, the tessellation-based algorithms, the surface nets algorithms and the ray tracing algorithms. With regard to their application, it can be seen that the methods are mainly used in the fields of medical imaging, computer graphics and the visualization of simulation results. In our work, we provide a broad and compact overview of the common methods that are currently used in terms of isocontouring with respect to certain criteria and their individual limitations. In this context, we discuss the individual methods and identify possible future research directions in the field of isocontouring.
Für viele Studierende sind Vorkurse der erste Kontakt zu Hochschullehre und Mitstudierenden. Wie kann der fachliche Einstieg in einem digitalen Lehrformat trotz fehlender Präsenz gelingen und persönliche Unterstützung, ein erstes Kennenlernen und soziale Eingebundenheit gefördert werden? Diesem Erkenntnisinteresse folgend stellt der folgende Beitrag ein digitales Brückenkursformat mit Elementen zur Interaktion, Kommunikation und Kollaboration vor, das mit ca. 400 Studierenden in zehn Kursen mit acht Lehrbeauftragten umgesetzt und entlang der o.g. Frage evaluiert wurde. Um den Transfer auf andere Lehrveranstaltungen zu erleichtern, wurde das Konzept in ein didaktisches Entwurfsmuster übertragen.
With the function RooTri(), we present a simple and robust calculation method for the approximation of the intersection points of a scalar field given as an unstructured point cloud with a plane oriented arbitrarily in space. The point cloud is approximated to a surface consisting of triangles whose edges are used for computing the intersection points. The function contourc() of Matlab is taken as a reference. Our experiments show that the function contourc() produces outliers that deviate significantly from the defined nominal value, while the quality of the results produced by the function RooTri() increases with finer resolution of the examined grid.
An in-depth study of U-net for seismic data conditioning: Multiple removal by moveout discrimination
(2024)
Seismic processing often involves suppressing multiples that are an inherent component of collected seismic data. Elaborate multiple prediction and subtraction schemes such as surface-related multiple removal have become standard in industry workflows. In cases of limited spatial sampling, low signal-to-noise ratio, or conservative subtraction of the predicted multiples, the processed data frequently suffer from residual multiples. To tackle these artifacts in the postmigration domain, practitioners often rely on Radon transform-based algorithms. However, such traditional approaches are both time-consuming and parameter dependent, making them relatively complex. In this work, we present a deep learning-based alternative that provides competitive results, while reducing the complexity of its usage, and, hence simplifying its applicability. Our proposed model demonstrates excellent performance when applied to complex field data, despite it being exclusively trained on synthetic data. Furthermore, extensive experiments show that our method can preserve the inherent characteristics of the data, avoiding undesired oversmoothed results, while removing the multiples from seismic offset or angle gathers. Finally, we conduct an in-depth analysis of the model, where we pinpoint the effects of the main hyperparameters on real data inference, and we probabilistically assess its performance from a Bayesian perspective. In this study, we put particular emphasis on helping the user reveal the inner workings of the neural network and attempt to unbox the model.
Seismic data processing involves techniques to deal with undesired effects that occur during acquisition and pre-processing. These effects mainly comprise coherent artefacts such as multiples, non-coherent signals such as electrical noise, and loss of signal information at the receivers that leads to incomplete traces. In the past years, there has been a remarkable increase of machine-learning-based solutions that have addressed the aforementioned issues. In particular, deep-learning practitioners have usually relied on heavily fine-tuned, customized discriminative algorithms. Although, these methods can provide solid results, they seem to lack semantic understanding of the provided data. Motivated by this limitation, in this work, we employ a generative solution, as it can explicitly model complex data distributions and hence, yield to a better decision-making process. In particular, we introduce diffusion models for three seismic applications: demultiple, denoising and interpolation. To that end, we run experiments on synthetic and on real data, and we compare the diffusion performance with standardized algorithms. We believe that our pioneer study not only demonstrates the capability of diffusion models, but also opens the door to future research to integrate generative models in seismic workflows.
Das Ziel dieser Arbeit ist es eine Reihe an Informationen und Erfahrungen zur Verfügung zu stellen, um es der Hochschule Offenburg zu ermöglichen, den Zumi-Roboter für pädagogische Zwecke, speziell für den neu angebotenen Studiengang „Angewandte Künstliche Intelligenz“, einzusetzen. Sie umfasst die Analyse der verbauten Komponenten, Aufschluss über die Bedienoberflächen, die Handhabung des Roboters und Erfahrungsberichte über das Programmieren mit Zumi. Ebenfalls wurden zwei Vorführprogramme konzipiert, welche an Infotagen zur Promotion der Hochschule eingesetzt werden können. Den größten Teil der Arbeit umschließt eine voll ausgearbeitete Laboraufgabe, welche in kommenden Semestern für den bereits angesprochenen Studiengang zum Einsatz kommen und gegen Ende der Arbeit im Detail erläutert wird.
Es wurden verschiedenste Versuche durchgeführt, um die Komponenten zu analysieren und um deren Genauigkeit, Funktionsweise und Verlässlichkeit bewerten zu können.
Diese Arbeit umfasst erste Tests und die Inbetriebnahme eines neuen Prüfplatzes bei der QMK-GmbH. Der Prüfplatz selbst soll in der Lage sein, Leistungsshuntwiderstände kalibrieren zu können. Leistungsshuntwiderstände sind meist eher groß und schwer, damit durch viel Material die Wärmeentwicklung kompensiert werden kann. Zudem sind die Kontaktflächen dementsprechend groß, damit der Übergangswiderstand an den Kontaktflächen möglichst gering ist. Der Widerstandswert selbst ist sehr klein. Standardmäßig liegen Widerstände hier im Bereich von 10 bis 100 Ω. Um so kleine Widerstände möglichst genau messen zu können, muss technisch viel Aufwand betrieben werden. In der Regel wird dies mit einer Vierleitermessung realisiert. Leistungsshuntwiderstände werden aber generell mit einem eher hohen Strom im Bereich von 100 bis 10 000 . Mit dem neuen Prüfplatz soll dies auch umgesetzt werden. Die Widerstände sollen mithilfe von hohen Strömen bis 2 kA kalibriert werden, damit der, für den Prüfling, zutreffende Arbeitsbereich unter Berücksichtigung seiner Eigenerwärmung abgebildet werden kann. Für diese Anwendung wurde ein Prüfplatz entwickelt, der 2 kA zur Verfügung stellen kann und mithilfe eines genauen und kalibrierten Referenzwiderstandes den Widerstand des Kalibriergegenstandes ermitteln kann. Würde man den Aufbau messtechnisch beschreiben, so wird durch eine Konstantstromquelle ein Gleichstrom erzeugt, der beide in Reihe geschalteten Widerstände durchströmt. Damit ist der Strom an beiden Widerständen identisch und kann ermittelt werden. An den Widerständen wird gleichzeitig dessen Spannungsabfall gemessen. Mit dem ermittelten Strom kann anschließend über das Ohmsche Gesetz der „unbekannte“ Widerstandswert des Kalibriergegenstandes ermittelt werden. Dieser wird mit dem Sollwert seines Datenblattes verglichen und in einem Protokoll unter Berücksichtigung der eigenen Messunsicherheit bewertet. Die Messergebnisse werden nach der Messung bzw. Kalibrierung in einem Zertifikat zusammen gefasst, und dem Kunden ausgestellt.
Ziel der Arbeit ist es, eine Kalibriereinrichtung zu entwickeln und zu bewerten, die den Richtlinien und Grundlangen der DAkkS entspricht oder zumindest als Grundlage für eine Akkreditierung bei der DAkkS dient. In erster Linie, soll es mit der Kalibriereinrichtung möglich sein, ISO-Kalibrierungen nach der 9001 Norm durchzuführen und zu bewerten.
Vorhofflimmern ist die häufigste tachykarde Herzrhythmusstörung weltweit. Dabei verliert das Herz seinen normofrequenten Sinusrhythmus und schlägt nicht mehr regelmäßig, sondern zu schnell und unregelmäßig. Vorhofflimmern ist normalerweise keine lebensbedrohliche Herzrhythmusstörung, aber es kann zu einem Schlaganfall führen. Die Ursache dieser Herzrhythmusstörung sind die Kreisende bzw. die fokalen Erregungen im linken Atrium, die hauptsächliche aus einer oder mehreren Pulmonalvenen kommen. Die übliche Therapieverfahren des Vorhofflimmerns ist die Pulmonalvenenisolation.
Diese Bachelorthesis beschäftigt sich daher mit der Modellierung unterschiedlicher linksatrialer Fokus-Modelle und intrakardialer Elektrodenkatheter für die Diagnostik und Terminierung von Vorhofflimmern mittels Pulmonalvenenisolation im Offenburger Herzrhythmusmodell nach Schalk, Krämer und Benke, welches in CST
Studio Suite realisiert wurde.
Zu Beginn wurden die verschiedenen linksatrialen fokalen Flimmerquellen modelliert und daraufhin simuliert. Hierbei wurde jeweils eine Simulation mit linksatrialen fokalen Flimmerquellen, die aus einzelnen, dualen oder allen vier Pulmonalvenen kommen, durchgeführt. Es wurde ebenfalls eine weitere Simulation mit Biosignalen (aus der Realität) erstellt. Mit diesen Simulationen konnte nun der elektrische Erregungsablauf sichtbar gemacht werden. Daraufhin wurden die Katheter für die Diagnostik und für die Pulmonalvenenisolation modelliert und in das bestehende Offenburger Herzrhythmusmodell integriert. Bei den Diagnostik-Kathetern handelte es sich um 10-polige Lasso® Katheter, zwei Varianten von PentaRay® NAV eco Katheter und 4-polige Diagnostik-Katheter „OSYPKA FINDER pure®“. Ablationskatheter sind zwei Varianten von Pentaspline Basket pose Katheter und HELIOSTAR™ Ablation Ballon. Abschließend wurden verschiedene Varianten von Isolationsverfahren der Pulmonalvenen modelliert und daraufhin die linksatrialen fokalen Flimmerquellen nach der Isolation der Pulmonalvenen simuliert.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Testung eines an der TU München entwickelten Biosignalverstärkers zur Registrierung von auditorisch evozierten Potentialen. Ziel dieses Projekts ist die Charakterisierung dieses Verstärkers. Dabei soll geprüft werden, ob der Verstärker AEPs registrieren und um verstellbare Faktoren verstärken kann. Dafür wurde eine MATLAB – Software implementiert, die es erlaubt über eine Soundkarte akustische Signale mittels Kopfhörer auszugeben und zeitgleich die vom Verstärker registrierten Potentiale einzulesen, zu Mitteln und sie grafisch darzustellen.
Erste Versuche wurden mit der Loop Back Box von Interacoustics, einem Schwingkreis, der einen künstlichen Patienten simuliert, durchgeführt. Diese Versuchsreihen zeigten, dass reale Signale gemessen werden. Anschließend konnten Probandenmessungen mit dem Verstärker und Referenzmessungen mit der Eclipse von Interacoustics durchgeführt werden. Bei sämtlichen Messreihen zeigte sich im Vergleich der beiden Systeme hohe Ähnlichkeit der Kurvenverläufe. Insbesondere das zeitliche Auftreten der Jewett V, der größten gemessenen Amplitude, war nahezu identisch. Allerdings stimmen die Amplitudenwerte nicht überein. Während die Amplitude der Jewett V bei Messungen mit der Eclipse um die 1µV erreichte, war die Amplitude beim Verstärker nur ein bis zwei Nanovolt groß. Damit ist die Verstärkung um ein tausendfaches geringer als bei der Eclipse.
Anhand der gewonnenen Erkenntnisse konnten Hardware technische Optimierungen evaluiert und diskutiert werden.
Die freie Software OpenSSH erlaubt den sicheren Fernzugriff auf entfernte Rechner über das Netzwerk oder Internet und kommt auf vielen Linux-Rechnern zum Einsatz. OpenSSH ermöglicht verschiedene Wege der Authentifizierung, unter anderem mit Hilfe von asymmetrischen Schlüsseln. Im Standardfall existiert hierbei für jedes Nutzerkonto auf dem Zielrechner eine Datei mit den public-Keys der zugriffsberechtigten Nutzer, welche manuell gepflegt wird. Diese Art der Zugriffskontrolle wird jedoch schnell unübersichtlich, sobald viele Mitarbeiter auf viele Server zugreifen dürfen. Um den Überblick über zugriffsberechtigte Nutzer zu behalten, ist es deshalb notwendig, zur Verwaltung eine zusätzliche Software einzusetzen. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine solche Verwaltungssoftware konzipiert werden. Nach einer Analyse bestehender Systeme werden die Gründe für die Wahl eines der Tools dargestellt sowie die anschließende Weiterentwicklung der gewählten Software dokumentiert.
Eine reine Passwortauthentifizierung, wie sie im Hochschulumfeld eingesetzt wird, bringt Sicherheitsrisiken mit sich. Ziel dieser Arbeit ist es zu analysieren, wie die Sicherheit in der Praxis mittels einer Zwei-Faktor-Authentifizierung erhöht werden kann und in welcher Weise die Einführung eines Single-Sign-On Konzept zum Erreichen dieses Ziels beiträgt. Es konnte gezeigt werden, dass eine Shibboleth IdP Installation als zentraler Zugangspunkt für Single-Sign-On sowie eine daran angebundene privacyIDEA-Instanz die Umsetzung der Zwei-Faktor-Authentifizierung für einige aber nicht alle Dienste ermöglicht.
Licht war für die Menschheit schon immer ein Hilfsmittel zur Orientierung. Das Zusammenspiel zwischen hellen und schattierten Oberflächen macht eine räumliche Wahrnehmung erst möglich. Die Lokalisierung von Lichtquellen bietet darüber hinaus für zahlreiche Anwendungsfelder, wie beispielsweise Augmented Reality, ein großes Potential.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein neuronales Netzwerk zu entwickeln, welches mit Hilfe eines selbst generierten, synthetischen Datensatzes eine Lichtsetzung parametrisiert. Dafür wurden State-of-the-Art Netzwerke aus der digitalen Bildverarbeitung eingesetzt.
Zu Beginn der Arbeit mussten die Eigenschaften der Lichtsetzung extrahiert werden. Eine weitere fundamentale Anforderung war die Aufbereitung des Wissens von Deep Learning.
Für die Generierung des synthetischen Datensatzes wurde eigens ein Framework entwickelt, welches auf der Blender Engine basiert.
Anschließend wurden die generierten Bilder und Metadaten in einem abgewandelten VGG16- und ResNet50-Netz trainiert, validiert und evaluiert.
Eine gewonnene Erkenntnis ist, dass sich künstlich generierte Daten eignen um ein neuronales Netz zu trainieren. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass sich mit Hilfe von Deep Learning Lichtsetzungsparameter extrahieren lassen.
Eine weiterführende Forschungsaufgabe könnte mit dem vorgeschlagenen Ansatzdie Lichtinszenierung von Augmented Reality Anwendungen verbessern.
Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) hat einen festen Platz im deutschen Bildungssystem gefunden. BNE setzt sich die Ziele, Lernende zu informierten und verantwortungsbewussten Konsumenten zu befähigen sowie sie darauf vorzubereiten und das eigene Verhalten sowie das Verhalten anderer kritisch zu reflektieren. Der Nachhaltigkeitsbegriff von BNE orientiert sich hierbei an den drei Perspektiven, Soziales, Ökonomisches und Ökologisches, und an deren Wechselwirkungen untereinander.
Um Lernenden Nachhaltigkeitsthemen nach der Definition von BNE zu vermitteln, bieten sich Photovoltaik-Systeme (PV), vor allem in Off-Grid-Ausführungen, an, da sie aufgrund ihrer Eigenschaften als erneuerbare Energieerzeuger einen rücksichtsvolleren Umgang mit den vorhandenen Ressourcen fordern, Reflexion des eigenen Verhaltens anregen und sich in verschiedenen Situationen unter den drei Perspektiven der Nachhaltigkeit betrachten lassen.
Für eine Projektarbeit an allgemeinbildenden sowie beruflichen Schulen wurde außerhalb dieser Arbeit ein Off-Grid-PV-System entworfen, anhand dessen Lernende Fragestellungen der elektrischen Energieerzeugung aus Sonneneinstrahlung sowie allgemeine Nachhaltigkeitsthemen erforschen. Das didaktische Konzept zur Begleitung des PV-Systems wurde anhand von den Anforderungen der BNE entwickelt und gliedert sich in die Bereiche einleitende Workshops, Lern- und Arbeitsmaterial, weiterführendes Material sowie einen abschließenden Workshop zur Reflexion des erlernten. Die getroffenen Entscheidungen im Bereich der Technik sowie des Lehr-Lern-Materials werden jeweils didaktisch begründet.
With many advances in sensor technology and the Internet of Things, Vehicle Ad Hoc Net- work (VANET) is becoming a new generation. VANET’s current technical challenges are deploying decentralized architecture and protecting privacy. Because Blockchain features are decentralized, distributed, mass storage, and non-manipulation features, this paper designs a new decentralized architecture using Blockchain technology called Blockchain-based VANET. Blockchain-based VANET can effectively resolve centralized problems and mutual distrust between VANET units. To achieve this, it is needed to provide scalability on the blockchain to run for VANET. In this system, our focus is on the reliability of incoming messages on the network. Vehicles check the validity of the received messages using the proposed Bayesian formula for trust management system and some information saved in the Blockchain. Then, based on the validation result, the vehicle computes a rate for each message type and message source vehicle. Vehicles upload the computed rates to Roadside Units (RSUs) in order to calculate the net reliability value. Finally, RSUs using a sharding consensus mechanism generate blocks, including the net reliability value as a transaction. In this system, all RSUs collaboratively maintain the latest updated Blockchain. Our experimental results show that the proposed system is effective, scalable and dependable in data gathering, computing, organization, and retrieval of trust values in VANET.
Industrial companies can use blockchain to assist them in resolving their trust and security issues. In this research, we provide a fully distributed blockchain-based architecture for industrial IoT, relying on trust management and reputation to enhance nodes’ trustworthiness. The purpose of this contribution is to introduce our system architecture to show how to secure network access for users with dynamic authorization management. All decisions in the system are made by trustful nodes’ consensus and are fully distributed. The remarkable feature of this system architecture is that the influence of the nodes’ power is lowered depending on their Proof of Work (PoW) and Proof of Stake (PoS), and the nodes’ significance and authority is determined by their behavior in the network.
This impact is based on game theory and an incentive mechanism for reputation between nodes. This system design can be used on legacy machines, which means that security and distributed systems
can be put in place at a low cost on industrial systems. While there are no numerical results yet, this work, based on the open questions regarding the majority problem and the proposed solutions based on a game-theoretic mechanism and a trust management system, points to what and how industrial IoT and existing blockchain frameworks that are focusing only on the power of PoW and PoS can be secured more effectively.
Decarbonisation Strategies in Energy Systems Modelling: APV and e-tractors as Flexibility Assets
(2023)
This work presents an analysis of the impact of introducing Agrophotovoltaic technologies and electric tractors into Germany’s energy system. Agrophotovoltaics involves installing photovoltaic systems in agricultural areas, allowing for dual usage of the land for both energy generation and food production. Electric tractors, which are agricultural machinery powered by electric motors, can also function as energy storage units, providing flexibility to the grid. The analysis includes a sensitivity study to understand how the availability of agricultural land influences Agrophotovoltaic investments, followed by the examination of various scenarios that involve converting diesel tractors to electric tractors. These scenarios are based on the current CO2 emission reduction targets set by the German Government, aiming for a 65% reduction below 1990 levels by 2030 and achieving zero emissions by 2045. The results indicate that approximately 3% of available agricultural land is necessary to establish a viable energy mix in Germany. Furthermore, the expansion of electric tractors tends to reduce the overall system costs and enhances the energy-cost-efficiency of Agrophotovoltaic investments.
Es wird ein System zur Vorlesungsnachverfolgung (engl. Lecture Tracking) vorgestellt, das eine Kamera automatisch in Richtung des Vortragenden ausrichtet. Die kontinuierliche Positionsbestimmung der Kamera als auch die des Vortragenden erfolgt dabei durch Smartphones. Die Kamera und ein Smartphone sind an einen Roboter montiert, der als Schwenkeinheit dient. Das andere Smartphone trägt der Vortragende. Beide Smartphones können ihre Position im Raum bestimmen, sodass der erforderliche Drehwinkel berechnet und an den Roboter gesendet werden kann. Dieser führt dann die entsprechende Rotation durch, sodass der Vortragende immer in der Bildmitte zu sehen ist.
In dieser Arbeit wird die Identifikation von Trägheitsparametern von Mehrkörpersystemen, am Beispiel eines ein aus vier Segmenten bestehenden Roboterarms untersucht. Es werden verschiedene neuronale Netzarchitekturen zur Identifikation der Trägheitsparameter des Roboterarms exploriert. Als Referenz für das Abschneiden der Ansätze wird ein vorab implementierter numerischer Optimierungsansatz, welcher mittels der Software „Matalb“ umgesetzt wurde, benutzt. Der Ansatz zum Aufstellen der benötigten Bewegungsgleichungen und die Formulierung des Regressionsproblems unterscheidet sich von den in der Literatur verwendeten Ansätzen, und beruht auf einem neu entwickelten Sensorkonzept der Hochschule Offenburg (des Sweaty Labors).
Der numerische Ansatz, insbesondere nach Linearisierung des Problems, erzielte herausragende Ergebnisse und konnte die idealen Parameterwerte präzise identifizieren. Demgegenüber standen die neuronalen Netzwerke, deren Potenzial trotz umfassender Untersuchung verschiedener Architekturen und Ansätze nicht vollends ausgeschöpft werden konnte. Die Resultate zeigen deutlich die Grenzen und Herausforderungen bei der Anwendung maschineller Lernmethoden in der spezifischen Aufgabenstellung der Trägheitsparameteridentifikation auf.
Diese Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen bei der Anwendung neuer Messtechnologien und Berechnungsverfahren in der Robotik. Die überlegene Leistung des numerischen Solvers gegenüber den neuronalen Netzansätzen unterstreicht die Bedeutung weiterer Forschungen in diesem Bereich.
Mit der vorliegenden Bachelorarbeit wird der Roboter mit dem Namen Pepper evaluiert und dokumentiert. Die Hochschule Offenburg besitzt einen dieser Roboter seit 2019 und will diesen in Forschungsprojekten und in Verbindung mit dem Labor Autonome Systeme einsetzen. Im Laufe dieser Arbeit werden die Sensoren und Aktuatoren auf ihre Genauigkeit, Beschaffenheit und Fehleranfälligkeit getestet. Neben dieser allgemeinen Evaluierung wird ermittelt, ob der Pepper mit Hilfe seiner Bewegungserfassung zur Aktivierung von Senioren geeignet ist. Im Weiteren wird eine Aufgabe für das Labor Autonome Systeme ausgearbeitet. Bei dieser Aufgabe sollen die Studenten der Hochschule, über die NAOqi API des Roboters, Anweisungen an den Pepper übermitteln, welche dieser anschließend selbstständig ausführt. Abschließend werden die gesammelten Evaluierungsergebnisse der Sensoren, Aktuatoren und Verwendungsmöglichkeiten innerhalb der Hochschule oder einem Pflegeheim veranschaulicht.
Bei der Vorrichtung zum Verdampfen einer Flüssigkeit ist eine offenporöse Struktur (1) in einem Gehäuse (8) angeordnet, die zumindest bereichsweise als eine Heizvorrichtung ausgebildet oder mittels einer externen Heizvorrichtung oder Bereiche der offenporösen Struktur (1) auf eine Temperatur, die mindestens der Siedetemperatur der jeweiligen Flüssigkeit entspricht, erwärmbar ist. Die Flüssigkeit ist in einem außerhalb des Gehäuses (8) angeordneten Reservoir (4), mit einer Menge aufgenommen, die während des Betriebs eine kontinuierliche Verdampfung von Flüssigkeit ermöglicht. Das Reservoir ist über mindestens eine Leitung (3) für Flüssigkeit mit dem Gehäuse (8) verbunden und in der mindestens einen Leitung (3) ist/sind ein Ventil und/oder eine Pumpe oder ein Verdichter (5) angeordnet. Die Leitung (3) mündet in mindestens eine Öffnung mindestens einer Düse (2) oder mindestens eine Austrittsöffnung und die Düse (2), deren Öffnung(en) und/oder die mindestens eine Austrittsöffnung der Leitung (3) ist/sind so angeordnet, dass Flüssigkeit auf Oberflächenbereiche der offenporösen Struktur (1) auftrifft und/oder in Poren der offenporösen Struktur (1) eintritt, wenn Flüssigkeit durch die eine Leitung (3) strömt.
Jeder Mensch ist ständig unfreiwillig von einer Flut akustischer Reize umgeben. Diese Situation stellt für Menschen mit Hörverlust eine besondere Herausforderung dar. Menschen mit Hörverlust hören durch Hörgeräte zwar alles verstärkt, jedoch stellt sich die Frage, ob ein Hörgerät lediglich eine einfache Verstärkung von Schallwellen ist oder ob es darüber hinausgehende Funktionen bieten kann.
Die vorliegende Thesis widmet sich der akustischen Szenenanalyse in Hörgeräten, wobei der Schwerpunkt auf der Integration von Machine Learning liegt. Das Ziel besteht darin, eine automatisierte Erkennung und Anpassung an verschiedene akustische Situationen zu ermöglichen. Die Arbeit konzentriert sich insbesondere auf die Analyse grundlegender Szenarien wie: Sprache in Ruhe, absolute Ruhe, Sprache in Störgeräuschen und Störgeräuschen in Audiodaten.
Commercial simulators can only reproduce electrocardiograms (ECG) of the normal and diseased heart rhythm in a simplified waveform and with a low number of channels. With the presented project, the variety of digitally archived ECGs, recorded during electrophysiological examinations, should be made usable as original analogue signals for research and teaching purposes by the development of a special printed circuit board for the mini-computer “Raspberry-Pi “.
Conceptualization and implementation of automated optimization methods for private 5G networks
(2023)
Today’s companies are adjusting to the new connectivity realities. New applications require more bandwidth, lower latency, and higher reliability as industries become more distributed and autonomous. Private 5th Generation (5G) networks known as 5G Non-Public Networks (5G-NPN), is a novel 3rd Generation Partnership Project (3GPP)- based 5G network that can deliver seamless and dedicated wireless access for a particular industrial use case by providing the mentioned application’s requirements. To meet these requirements, several radio-related aspects and network parameters should be considered. In many cases, the behavior of the link connection may vary based on wireless conditions, available network resources, and User Equipment (UE) requirements. Furthermore, Optimizing these networks can be a complex task due to the large number of network parameters and KPIs that need to be considered. For these reasons, traditional solutions and static network configuration are not affordable or simply impossible. Despite the existence of papers in the literature that address several optimization methods for cellular networks in industrial scenarios, more insight into these existing but complex or unknown methods is needed.
In this thesis, a series of optimization methods were implemented to deliver an optimal configuration solution for a 5G private network. To facilitate this implementation, a testing system was implemented. This system enables remote control over the UE and 5G network, establishment of a test environment, extraction of relevant KPI reports from both UE and network sides, assessment of test results and KPIs, and effective utilization of the optimization and sampling techniques.
The research highlights the advantageous aspects of automated testing by using OFAT, Simulated Annealing, and Random Forest Regressor methods. With OFAT, as a common sampling method, a sensitivity analysis and an impact of each single parameter variation on the performance of the network were revealed. With Simulated Annealing, an optimal solution with MSE of roughly 10 was revealed. And, in the Random Forest Regressor, it was seen that this method presented a significant advantage over the simulated annealing method by providing substantial benefits in time efficiency due to its machine- learning capability. Additionally, it was seen that by providing a larger dataset or using some other machine-learning techniques, the solution might be more accurate.
Die Digitalisierung kann der Türöffner sein, um effizient die mittelständische Industrie und den Energiemarkt zu verbinden. Das Projekt GaIN hat das Ziel, mit hochaufgelösten Produktions- und Messdaten von zehn mittelständischen Industriebetrieben neuartige Tarife und angepasste Marktplattformen zu entwickeln, die Prognosegüte für Energiebedarf, Nachfrage und Flexibilitätsverfügbarkeit zu erhöhen, die Interaktion vieler flexibler Unternehmen im Verteilnetz und in dem Bilanzkreis zu bewerten und die Auswirkung einer Nutzung der Daten auf die Energiewende anhand einer Systemanalyse zu beurteilen.
In der vorliegenden Thesis werden Empfehlungsalgorithmen zur Verbesserung von Wein-Empfehlungen evaluiert. Der Algorithmus wird zur Entscheidung zwischen zwei Weinen eingesetzt, so dass der jeweils für den Kunden geeignetere Wein empfohlen wird. Das derzeitige System setzt Collaborative Filtering durch den Alternating Least Squares (ALS) Algorithmus um. Bei Kunden und Weinen, die nicht die notwendigen Bedingungen für die Anwendung von ALS erfüllen, wird durch Zufall entschieden.
Dem bestehenden Ansatz wurden folgenden Verfahren gegenübergestellt: Content-based Filtering mit einen Autoencoder und Hybrid Filtering mit einem neuronalen Netz sowie mit der Empfehlungsbibliothek LightFM. Die neuen Ansätze berücksichtigen immer die Weineigenschaften und können für noch nicht gekaufte Weine eingesetzt werden (Cold-Start Problem). Verglichen wurden die Ansätze durch zwei Ranking-Methoden und einen selbst-entwickelten offline A/B-Test.
Unter den neuen Ansätzen schnitt LightFM am besten ab. ALS lieferte insgesamt die besten Ranking-Werte. Durch ein online A/B-Test zwischen ALS und LightFM konnten keine signifikanten Ergebnisse ermittelt werden. Insgesamt konnte auf Basis der in den Tests gesammelten Daten keine Verbesserung der Empfehlungslogik gegenüber dem bestehenden Verfahren mittels ALS nachgewiesen werden. Für eine abschließende statistisch signifikante Beurteilung müssten mehr online A/B-Tests durchgeführt werden.
In dieser Thesis wird die Entwicklung einer Progressive Web App, die zur Auflistung von Stellenanzeigen der Valiton GmbH dienen soll, aufgezeigt. Dabei soll ermittelt werden, ob eine Progressive Web App einer Nativen App nahekommt und ob sich der damit verbundene Aufwand lohnt. Umgesetzt wurde die Anwendung mit Hilfe des JavaScript Frameworks Vue.js. Bei der Umsetzung lag der Fokus auf der Offlinefähigkeit, die Push- Benachrichtigungen und das Responsive Design. Diese konnten mit dem UI Framework Vuetify und dem Service Worker implementiert werden. Die Anwendung läuft in allen Browsern, doch sie kommt am besten durch die vollständige Unterstützung des Chrome Browser zur Geltung. Progressive Web Apps werden Nativen Apps immer ähnlicher, jedoch sind sie kein kompletter Ersatz. Ob sich die Umsetzung lohnt, kommt auf den Anwendungsfall an. Die Technologien und Unterstützung verschiedener Browser werden immer besser, womit gesagt werden kann, dass Progressive Web Apps gute Chancen in der Zukunft haben.
Das Lokalisationssystem besteht aus einem Anwender-PC mit Bluetooth-Adapter, einem Lautsprecherkreis sowie einem Tablet. Eine Funktion im Programm Matlab auf dem Anwender-PC dient zur Eingabe der Steuerparameter, welche in einer Textdatei an eine Schnittstelle, die ebenfalls auf dem Anwender-PC installiert ist, übergeben und via Bluetooth an eine native App auf einem Tablet gesendet wird. Die Schnittstelle wurde mithilfe der IDE Eclipse mit der Programmiersprache Java erstellt und kann unter der Bedingung, dass auf dem verwendeten PC JRE Version 1.8.0 oder jünger vorinstalliert ist, systemunabhängig ausgeführt werden. Je nach gesendeten Parametern wird eine von sechs möglichen GUIs auf dem Bildschirm des Tablets angezeigt, welche die Anordnung der Lautsprecher im Audiometrieraum wiedergibt. Nach dem Schallereignis hat der Proband die Möglichkeit, je nach gewählter GUI, einen von sieben bzw. zwölf angezeigten Lautsprechersymbolen oder einen beliebigen Punkt auf dem Bildschirm anzutippen. Diese Eingabe entspricht der Richtung, welche der Proband als Schallquelle lokalisierte. Nach Eingabe der Probandenantwort wird diese via Bluetooth an die Schnittstelle und somit an Matlab gesendet, wo die Antwort ausgewertet werden kann.
Background: This paper presents a conceptual design for an anthropomorphic replacement hand made of silicone that integrates a sensory feedback system. In combination with a motorized orthosis, it allows performing movements and registering information on the flexion and the pressure of the fingers.
Methods: To create the replacement hand, a three-dimensional (3D) scanner was used to scan the hand of the test person. With computer-aided design (CAD), a mold was created from the hand, then 3D-printed. Bending and force sensors were attached to the mold before silicone casting to implement the sensory feedback system. To achieve a functional and anthropomorphic appearance of the replacement hand, a material analysis was carried out. In two different test series, the properties of the used silicones were analyzed regarding their mechanical properties and the manufacturing process.
Results: Individual fingers and an entire hand with integrated sensors were realized, which demonstrated in several tests that sensory feedback in such an anthropomorphic replacement hand can be realized. Nevertheless, the choice of silicone material remains an open challenge, as there is a trade-off between the hardness of the material and the maximum mechanical force of the orthosis.
Conclusion: Apart from manufacturing-related issues, it is possible to cost-effectively create a personalized, anthropomorphic replacement hand, including sensory feedback, by using 3D scanning and 3D printing techniques.
In the field of neuroprosthetics, the current state-of-the-art method involves controlling the prosthesis with electromyography (EMG) or electrooculography/electroencephalography (EOG/EEG). However, these systems are both expensive and time consuming to calibrate, susceptible to interference, and require a lengthy learning phase by the patient. Therefore, it is an open challenge to design more robust systems that are suitable for everyday use and meet the needs of patients. In this paper, we present a new concept of complete visual control for a prosthesis, an exoskeleton or another end effector using augmented reality (AR) glasses presented for the first time in a proof-of-concept study. By using AR glasses equipped with a monocular camera, a marker attached to the prosthesis is tracked. Minimal relative movements of the head with respect to the prosthesis are registered by tracking and used for control. Two possible control mechanisms including visual feedback are presented and implemented for both a motorized hand orthosis and a motorized hand prosthesis. Since the grasping process is mainly controlled by vision, the proposed approach appears to be natural and intuitive.
A new concept for robust non-invasive optical activation of motorized hand prostheses by simple and non-contactcommands is presented. In addition, a novel approach for aiding hand amputees is shown, outlining significantprogress in thinking worth testing. In this, personalized 3D-printed artificial flexible hands are combined withcommercially available motorized exoskeletons, as they are used e.g. in tetraplegics.
The present work ties in with the problem of bicycle road assessment that is currently done using expensive special measuring vehicles. Our alternative approach for road condition assessment is to mount a sensor device on a bicycle which sends accelerometer and gyroscope data via WiFi to a classification server. There, a prediction model determines road type and condition based on the sensor data. For the classification task, we compare different machine learning methods with each other, whereby validation accuracies of 99% can be achieved with deep residual networks such as InceptionTime. The main contribution of this work with respect to comparable work is that we achieve excellent accuracies on a realistic dataset classifying road conditions into nine distinct classes that are highly relevant for practice.
Evaluation of Deep Learning-Based Neural Network Methods for Cloud Detection and Segmentation
(2021)
This paper presents a systematic approach for accurate short-time cloud coverage prediction based on a machine learning (ML) approach. Based on a newly built omnidirectional ground-based sky camera system, local training and evaluation data sets were created. These were used to train several state-of-the-art deep neural networks for object detection and segmentation. For this purpose, the camera-generated a full hemispherical image every 30 min over two months in daylight conditions with a fish-eye lens. From this data set, a subset of images was selected for training and evaluation according to various criteria. Deep neural networks, based on the two-stage R-CNN architecture, were trained and compared with a U-net segmentation approach implemented by CloudSegNet. All chosen deep networks were then evaluated and compared according to the local situation.
Positioning mobile systems with high accuracy is a prerequisite for intelligent autonomous behavior, both in industrial environments and in field robotics. This paper describes the setup of a robotic platform and its use for the evaluation of simultaneous localization and mapping (SLAM) algorithms. A configuration using a mobile robot Husky A200, and a LiDAR (light detection and ranging) sensor was used to implement the setup. For verification of the proposed setup, different scan matching methods for odometry determination in indoor and outdoor environments are tested. An assessment of the accuracy of the baseline 3D-SLAM system and the selected evaluation system is presented by comparing different scenarios and test situations. It was shown that the hdl_graph_slam in combination with the LiDAR OS1 and the scan matching algorithms FAST_GICP and FAST_VGICP achieves good mapping results with accuracies up to 2 cm.
Design and Implementation of a Camera-Based Tracking System for MAV Using Deep Learning Algorithms
(2023)
In recent years, the advancement of micro-aerial vehicles has been rapid, leading to their widespread utilization across various domains due to their adaptability and efficiency. This research paper focuses on the development of a camera-based tracking system specifically designed for low-cost drones. The primary objective of this study is to build up a system capable of detecting objects and locating them on a map in real time. Detection and positioning are achieved solely through the utilization of the drone’s camera and sensors. To accomplish this goal, several deep learning algorithms are assessed and adopted because of their suitability with the system. Object detection is based upon a single-shot detector architecture chosen for maximum computation speed, and the tracking is based upon the combination of deep neural-network-based features combined with an efficient sorting strategy. Subsequently, the developed system is evaluated using diverse metrics to determine its performance for detection and tracking. To further validate the approach, the system is employed in the real world to show its possible deployment. For this, two distinct scenarios were chosen to adjust the algorithms and system setup: a search and rescue scenario with user interaction and precise geolocalization of missing objects, and a livestock control scenario, showing the capability of surveying individual members and keeping track of number and area. The results demonstrate that the system is capable of operating in real time, and the evaluation verifies that the implemented system enables precise and reliable determination of detected object positions. The ablation studies prove that object identification through small variations in phenotypes is feasible with our approach.
Das Ziel in dieser Arbeit ist die Programmierung von einem Mikroprozessor, der als ein Richtmikrofon verwendet wird, um unterschiedlichen Richtcharakteristiken zu erzeugen.
Dabei stellt sich die Frage: Ist es möglich ein Mikroprozessor so zu programmieren, dass er eine Stereoaufnahme so verarbeiten kann, sodass unterschiedliche Richtcharakteristiken erzeugt werden könnten?
Um die Frage zu beantworten, wurde eine technische Ausarbeitung von einem Mikroprozessor und seine Programmierung benötigt. Diese befasst sich mit der Programmierung in C++ / Arduino IDE des Mikrokontrollers und eigene Erstellung von Tests, um die Ergebnisse darzustellen.
Als weitere Basis wurden nur verbraucherorientierten Mikroprozessoren untersucht und die beste Möglichkeit wurde ausgesucht und weiterentwickelt. Zudem lag der Fokus auf der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.
Hohe Kosten bei der Annotation von Daten führen dazu, dass datensparsamere Wege zum Erstellen von Modellen gesucht werden. In dieser Arbeit wird ein Lösungsansatz untersucht, der ausgehend von fokussierten Repräsentationen, datensparsame Lösungen für verschiedene Aufgaben finden soll. Durch einen Multi-Task-Learning-Ansatz trägt das Finden einer Repräsentation gleichzeitig zum Lösen einer Aufgabe bei. Durch Ersetzung einer der Aufgaben werden Wissentransfers datensparsam auf die neue Aufgabe durchgeführt. In der erarbeiteten und evaluierten Lösung können Hyperparameter automatisch gefunden werden. Bei Vergleichen von verschiedenen Ansätzen und Datenmengen ist über die Leistung der Netzwerke zu erkennen, dass der Ansatz insbesondere mit weniger Daten bessere Ergebnisse erzielt. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen eine Bereitstellung als Module zu. Die Module werden im Rahmen dieser Arbeit beschrieben. Abgeschlossen wird die Arbeit mit einem Ausblick auf Verbesserungen und Potenziale der Ansätze.
Das Ziel der vorliegenden Abschlussarbeit war es, ein automatisches Testsystem für die Entwicklung der Embedded-C++-Softwarebibliothek semf zu erstellen. Bei den Software-Modulen die dabei getestet werden, handelt es sich um sogenannte Hardware-Abstraktionen, die die Verwendung der von den Mikrocontroller Herstellern bereitgestellten Hal-Bibliotheken vereinfachen.
Die wohl größte Herausforderung dieser Abschlussarbeit bestand darin, die von dem zu testenden Gerät nach außen gesendeten Nachrichten zu validieren, so wie von außen kommende Nachrichten zu generieren, mit welchem die Leseoperationen des zu testenden Gerätes überprüft werden können. Mithilfe einer Helper-Gegenstelle konnte dies jedoch umgesetzt werden. Das Ergebnis ist ein System mit welchem bestehende und zu entwickelnde Hardware-Abstraktionen zuverlässig, automatisch und effizient validiert werden können.
Diese Abschlussarbeit ist sowohl für Nutzer von semf, als auch für diejenigen Softwareentwickler interessant, die sich für das Testen von eingebetteten Systemen interessieren.
Server Side Rendering (SSR), Single Page Application (SPA), and Static Site Generation (SSG) are the three most popular ways of making modern Web applications today. If we go deep into these processes, this can be helpful for the developers and clients. Developers benefit since they do not need to learn other programming languages and can instead utilize their own experience to build different kinds of Web applications; for example, a developer can use only JavaScript in the three approaches. On the other hand, clients can give their users a better experience.
This Master Thesis’s purpose was to compare these processes with a demo application for each and give users a solid understanding of which process they should follow. We discussed the step-by-step process of making three applications in the above mentioned categories. Then we compared those based on criteria such as performance, security, Search Engine Optimization, developer preference, learning curve, content and purpose of the Web, user interface, and user experience. It also talked about the technologies such as JavaScript, React, Node.js, and Next.js, and why and where to use them. The goals we specified before the program creation were fulfilled and can be validated by comparing the solutions we gave for user problems, which was the application’s primary purpose.
In dieser Abschlussarbeit wurde die bisherige Spielstrategie des RoboCup3D-Clients an die durch den FatProxy möglich gewordenen perfekten Kicks angepasst. Dazu wurde die aktive Entscheidungslogik am Ball komplett überarbeitet und eine neue Positionierungsstrategie anhand der bisher verwendeten Architektur entwickelt.
Die neue aktive Entscheidungslogik verwendet dabei eine neue, von den Mitspielerpositionen abhängige, Positionsberechnung und mehrere neue Bewertungsmethoden, die diese Positionen bewerten. Zusätzlich gibt es nun auch eine Funktionalität, die den neu benötigten vertikalen Schusswinkel für jede Position bestimmt. Für die neue Positionierung wurde eine Rautenformation gewählt, bei der die verschiedenen Rollen jetzt eigene Spielfeldbereiche zugewiesen bekommen, die sich teilweise überlappen. Diese Bereiche sind nötig geworden, da die Rollen sich jetzt weniger am Ball und mehr direkt am Spielfeld orientieren.
Bei der zum Schluss durchgeführten Evaluation der Spielergebnisse zwischen neuen und alten Strategiekonfigurationen hat sich ergeben, dass die komplett neue Strategiezusammenstellung mit durchschnittlich zwei Toren Vorsprung gegen die alte Strategie gewinnt und damit besser mit den neuen Möglichkeiten interagiert. Mischt man neue und alte Strategiekomponenten hat das jedoch den gegenteiligen Effekt, da die Mischvarianten gegen die alte Strategie verlieren. Die neuen Komponenten benötigen also das gegenseitige Zusammenspiel, um effizient zu funktionieren.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Dynamik der Konsensbildung in sozialen Netzwerken mit unterschiedlichen Strukturen. Dafür wird mittels des Naming Games die Kommunikation mit dem Ziel der Konsensbildung simuliert und analysiert. Es geht dabei um die Frage, welchen Einfluss die unterschiedlichen Netzwerkstrukturen auf die Dynamik der Simulationen haben. Neben den unterschiedlichen Netzwerkstrukturen werden weitere Faktoren gesucht und analysiert, welche die Dynamik der Konsensfindung beeinflussen. Dafür werden die Simulationen unter bestimmten Parametern und Eigenschaften mehrfach wiederholt. Aus diesen mehrfachen Durchführungen wird eine repräsentative Simulation ausgewählt und untersucht. Hinsichtlich der Frage nach dem Einfluss der Netzwerkstruktur auf die Dynamik, konnte festgestellt werden, dass die Dichte des dem Netzwerk zugrundeliegenden Graphen einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz der Kommunikation hat. Mit steigender Dichte steigt auch die Effizienz der Kommunikation. Zudem konnten zwei weitere wesentliche Einflussfaktoren ausgemacht werden: sogenannte Autoritäten und Announcements. Bei Autoritäten handelt es sich um Teilnehmer, welche besonders viele weitere Teilnehmer der Simulation kennen und bei Announcements handelt es sich um eine Form der Kommunikation, die zu einem Zeitpunkt zwischen mehr als zwei Teilnehmern stattfinden kann. Das Hinzufügen dieser Parameter führt wieder zu einer veränderten, effizienteren Dynamik.
Hintergrund:
Die Versorgung von Patienten mit Cochleaimplantaten erfordert im Rahmen der Rehabilitation nicht nur Hörtrainings, sondern auch regelmäßige Erfassungen des Hörvermögens. Diese Tests konzentrieren sich hierbei meist auf das Vertehen von Sprache. Hierbei müssen Patienten Wörter oder Zahlen unter Vorhandensein von Störgeräuschen verstehen. Diese Störgeräusche sind in der Regel künstlicher Natur wie Rauschen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, diese künstlichen Störgeräusche durch realistischere zu ersetzen und zusätzlich einen Raumklang sowohl für die Störgeräusche als auch für die zu verstehenden Wörter oder Zahlen zu implementieren. Um die Erfassung der multimodalen Sprachwahrnehmung zu verbessern, wird nicht nur eine virtuelle auditive Umgebung geschaffen, sondern auch eine visuelle Komponente integriert, die auf einem Head-Mounted Display (HMD) wiedergegeben werden kann. Das Ziel ist es, eine audiovisuelle virtuelle Realität zu schaffen, die alltagsrelevante Kommunikationssituationen widerspiegelt und somit die Validität und Relevanz von Hörtests erhöht.
Umsetzung:
Für die Umsetzung wurden Werkzeuge zur Simulation von Raumakustik und eine hochwertige visuelle Darstellung auf einem HMD benötigt. An der Technischen Universität München wurde das Tool "real-time Simulated Open Field Environment" (rtSOFE) entwickelt, das durch die Berechnung von Raumimpulsantworten Raumakustik simuliert und die direkte Wiedergabe von Schallquellen in virtuellen Klangfeldern ermöglicht. Für die visuelle Umgebung wurde die Unreal Engine 5 gewählt, die sehr realistische Darstellungen virtueller Räume ermöglicht und hauptsächlich in der Videospielindustrie verwendet wird.
Ergebnisse:
Mit den Tools rtSOFE und Unreal Engine wurden drei realistische Umgebungen geschaffen: Ein Pub, ein Wohnzimmer und eine U-Bahn-Station. Diese Umgebungen enthalten realitätsnahe Störgeräusche, die zur jeweiligen Umgebung passen. Probanden können sich dank des HMD in diesen Umgebungen frei bewegen. Zudem wurde ein Testsetup unter Verwendung von Sätzen aus dem Oldenburger Satztest innerhalb dieser audiovisuellen Umgebung umgesetzt.
Fazit:
Das entwickelte Testsetup in der audiovisuellen Umgebung ermöglicht eine realistischere und alltagsnähere Erfassung des Hörvermögens im Vergleich zu herkömmlichen Hörtests. Die visuelle Komponente trägt zur Steigerung der Realitätsnähe bei. Allerdings fehlt im aktuellen Setup die Synchronisation zwischen der auditiven und visuellen Umgebung, insbesondere in Form von Lippenbewegungen (Lip Syncing), um eine umfassende Erfassung der multimodalen Sprachwahrnehmung zu ermöglichen.
Die Arbeit befasst sich mit der Inbetriebnahme eines Batteriemanagementsystems des asiatischen Herstellers „LLT Power“ zur Verwendung im batterieelektrisch betriebenen Hocheffizienzfahrzeug der Hochschule Offenburg (Schluckspecht S6). Zudem wird eine Adapterplatine entwickelt, gefertigt und getestet, die per Schalter wahlweise einen Bluetooth- oder USB-Zugriff auf die UART-Schnittstelle des BMS ermöglicht. Gleiches gilt für die im Fahrzeug eingesetzte Spannungsversorgungsplatine die sowohl die Hupe als auch die Leistungselektronik versorgt. Darüber hinaus wird im Rahmen dieser Arbeit auf diverse Programme und Arbeitsschritte eingegangen, die für den Entwicklungsprozess benötigt wurden. Exemplarisch wird das Vorgehen bei der Auswahl der Komponenten sowie der Bestellprozess der Platine aufgezeigt. Auf den Entwurf der zugehörigen 3D-Modelle, die für die Konstruktion der Gehäuse herangezogen werdenkönnen wird ebenso wie auf die Fertigung der Platine eingegangen. Abschließend wird der Projektverlauf resümiert und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten gegeben
This research presents a comprehensive exploration of hydroponic systems and their practical applications, with a focus on innovative solutions for managing environmental and analytical sensors in hydroponic setups. Hydroponic systems, which enable soilless cultivation, have gained increasing importance in modern agriculture due to their resource-efficient and high-yield nature.
The study delves into the development and deployment of the SensVert system, an adaptable solution tailored for hydroponic environments. SensVert offers adaptability and accessibility to farmers across various agricultural domains, addressing contemporary challenges in supervising and managing environmental and analytical sensors within hydroponic setups. Leveraging LoRa technology for seamless wireless data transmission, SensVert empowers users with a feature-rich dashboard for real-time monitoring and control. The study showcases the practical implementation of SensVert through a single sensor node, seamlessly integrating temperature, humidity, pressure, light, and pH sensors. The system automates pH regulation, employing the Henderson-Hasselbalch equation, and precisely controls liquid dosing using a PID controller. At the core of SensVert lies an architecture comprising The Things Stack as the network server, Node-Red as the application server, and Grafana as the user interface. These components synergize within a local network hosted on a Raspberry Pi; effectively mitigating challenges associated with data packet transmission in areas with limited internet connectivity.
As part of ongoing research, this work also paves the way for future advancements. These include the establishment of a wireless sensor network (WSN) utilizing LoRa technology, enabling seamless over-the-air sensor node updates for maintenance or replacement scenarios. These enhancements promise to further elevate the system's reliability and functionality within hydroponic cultivation, fostering sustainable agricultural practices.
Electrolyte-gated transistors (EGTs) represent an interesting alternative to conventional dielectric-gating to reduce the required high supply voltage for printed electronic applications. Here, a type of ink-jet printable ion-gel is introduced and optimized to fabricate a chemically crosslinked ion-gel by self-assembled gelation, without additional crosslinking processes, e.g., UV-curing. For the self-assembled gelation, poly(vinyl alcohol) and poly(ethylene-alt-maleic anhydride) are used as the polymer backbone and chemical crosslinker, respectively, and 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate ([EMIM][OTf]) is utilized as an ionic species to ensure ionic conductivity. The as-synthesized ion-gel exhibits an ionic conductivity of ≈5 mS cm−1 and an effective capacitance of 5.4 µF cm−2 at 1 Hz. The ion-gel is successfully employed in EGTs with an indium oxide (In2O3) channel, which shows on/off-ratios of up to 1.3 × 106 and a subthreshold swing of 80.62 mV dec−1.
The current thesis conducts the study on the integration of digitalization techniques aimed at improving energy supply efficiency in off-grid energy systems. The primary objective is to fortify the security of energy supply in remote areas, particularly in instances of adverse weather conditions, unanticipated changes in load and fluctuations in the performance of renewable energy systems. This objective is to be achieved through the implementation of a smart load management strategy in stand-alone photovoltaic systems (SAPVS). This strategy involves deployment of forecasting algorithms on an edge device that operates with limited processing resources in an environment characterized for the lack of internet connection. The edge device is designed to interact with a smart home gateway that prioritizes, and schedules smart appliances based on the forecasted state of charge (SOC) in the 36-hours ahead of the SAPVS operation (the implementation of the loads schedule deployed on the Home Assistant device is out of the scope of the tasks implemented for this project).
The edge device, developed using a Raspberry Pi 3B+, was specifically intended for being implemented along with a SAPVS, in remote areas such as health stations in Africa and tropical islands, providing communities with a reliable source of electrical energy. The deployment of the strategy was carried out in four phases. The first phase involved the implementation of an Extraction-Transformation-Load (ETL) pipeline, where data was gathered from various heterogeneous hardware sources of an implemented test system that served as the enabler and testbench of this research, this test stand is composed of power electronics components such as an inverter, a MPPT solar charge controller, a smart meter, and a BOS LiFePo4 battery prototype. In the transformation stage, a data model was developed to identify the most critical parameters of the energy system, and to eliminate outliers and null values. In the load stage, a local SQL database was established for saving and structuring the data gathered and to ensure high-quality data with defined units and casting.
The second phase involved data analysis to identify the relevant features and potential exogenous variables for the forecasting model to implement. In the third phase, an Auto Regressive Moving Average (ARMA) model with two selected exogenous variables was implemented to forecast the AC load consumption profile for the 36- hours ahead of the off-grid system operation. The final phase involved the information exchange with the Home Assistant device, by transferring to it from the edge device the battery SOC present value and the predicted 36-hour ahead AC load profile information for prioritization and scheduling of loads; this through an MQTT interface.
The outcome of the experiment was a successful deployment of a data engineering and data forecasting approach that enabled data quality strategy implementation, local database storage, and forecasting algorithms on a processing and internet-constrained edge device. The interface with a home assistant implementation resulted in the successful execution of smart load management endeavors in an off-grid system, thereby enhancing the energy security of supply and contributing to the advancement of data-driven strategies in the rural electrification sector.
This thesis emphasizes the significance of digitalization strategies in smart SAPVS and highlights the potential of edge computing solutions in achieving seamless energy management in smart homes.
Das Ziel der Arbeit ist zu erforschen, ob die Erstellung eines Digital Twin des Hamburger Hafens durch Open Source Lösungen realisierbar ist. Die Grundlagen führen in die Themen Digital Twin und Smart City ein. Es wird darauf eingegangen, welche Vorteile durch die Verwendung eines Digital Twins gewonnen werden können und wie sich die verschiedenen Digital Twin-Typen unterscheiden. Es werden verschiedene Architekturen anhand eines Smart City Index weltweit evaluiert, um ein geeignetes Digital Twin-Framework zu finden. FIWARE hat sich als geeignetes Frame- work erwiesen und wird im Anschluss analysiert. Anhand der Evaluierung wird ebenfalls das 3D-Visualisierungs Framework CesiumJS als Open Source Lösung ermit- telt. Das Unternehmen Hamburg Port Authority wird vorgestellt und die interne IT- Infrastruktur betrachtet. Anhand der Architekturdokumentation arc42 werden die Anforderungen und die erforderliche Architektur in Zusammenarbeit mit der Hamburg Port Authority ermittelt. Im Anschluss wird der Architekturentwurf anhand eines Prototyps implementiert. Probleme oder Anforderungen, die nicht erfüllt werden können, werden beschrieben. Abschließend werden die Ergebnisse und das Fazit der Hamburg Port Authority zusammengefasst.
The increasing number of prosumers and the accompanying greater use of decentralised energy resources (DERs) bring new opportunities and challenges for the traditional electricity systems and the electricity markets. Microgrids, virtual power plants (VPPs), peer-to-peer (P2P) trading and federated power plants (FPPs) propose different schemes for prosumer coordination and have the potential of becoming the new paradigm of electricity market and power system operation. This paper proposes a P2P trading scheme for energy communities that negotiates power flows between participating prosumers with insufficient renewable power supply and prosumers with surplus supply in such a way that the community welfare is maximized while avoiding critical grid conditions. For this purpose, the proposed scheme is based on an Optimal Power Flow (OPF) problem with a Multi-Bilateral Economic Dispatch (MBED) formulation as an objective function. The solution is realized in a fully decentralized manner on the basis of the Relaxed Consensus + Innovations (RCI) algorithm. Network security is ensured by a tariff-based system organized by a network agent that makes use of product differentiation capabilities of the RCI algorithm. It is found that the proposed mechanism accurately finds and prevents hazardous network operations, such as over-voltage in grid buses, while successfully providing economic value to prosumers’ renewable generation within the scope of a P2P, free market.
Active participation of industrial enterprises in electricity markets - a generic modeling approach
(2021)
Industrial enterprises represent a significant portion of electricity consumers with the potential of providing demand-side energy flexibility from their production processes and on-site energy assets. Methods are needed for the active and profitable participation of such enterprises in the electricity markets especially with variable prices, where the energy flexibility available in their manufacturing, utility and energy systems can be assessed and quantified. This paper presents a generic model library equipped with optimal control for energy flexibility purposes. The components in the model library represent the different technical units of an industrial enterprise on material, media, and energy flow levels with their process constraints. The paper also presents a case study simulation of a steel-powder manufacturing plant using the model library. Its energy flexibility was assessed when the plant procured its electrical energy at fixed and variable electricity prices. In the simulated case study, flexibility use at dynamic prices resulted in a 6% cost reduction compared to a fixed-price scenario, with battery storage and the manufacturing system making the largest contributions to flexibility.
In dieser Arbeit sollte eine mögliche Lösung für die Stimulation im Rahmen der auditiven Hirnstammmessung geprüft werden. Mit einer Sequenz, die rechts, links und binaural periodisch stimuliert, wird überprüft, ob somit eine verkürzte Messzeit erzielt werden kann. In Kapitel 3 ist das Vorgehen diesbezüglich genauer beschrieben. Dieses Vorgehen zieht die Generierung einer Stimuli-Sequenz, sowie die beiden verwendeten Messgeräte mit ein. Zum einen wurden Messungen mit der Eclipse und zum anderen mit dem Sentiero durchgeführt. Die MATLAB-Skripte zur Ansteuerung und die Auswertung der evozierten Potenziale sind im darauffolgenden Kapitel 4 zu finden. Die Datenanalyse in Kapitel 5 beinhaltet einerseits die Messergebnisse der Eclipse. Dabei konnte mit der Sequenz erfolgreich eine ABR-Messung durchgeführt werden. Allerdings entstanden bei der Umsetzung in eine Live-Aufzeichnung der BIC Schwierigkeiten, die ebenfalls beschrieben wurden. Des Weiteren werden in Kapitel 5 die beiden Stimulus-Arten(Toneburst und Click) verglichen. Dabei konnten Messergebnisse gesammelt werden, welche die Aussage bestätigen, dass mit dem Click-Reiz höhere Amplituden der FAEP erzielt werden können. Dafür wurde von fünf Probanden die Einzelstimulation gegenübergestellt. Zudem wurde in der Analyse mit Hilfe einer Kreuzkorrelation geprüft, ob eine Verschiebung der Amplituden der rechten und linken Stimulation eine stärkere Ausprägung der DN1 zur Folge hat. Die Ergebnisse zeigten dabei jedoch keine bedeutenden Unterschiede der Amplituden, wobei auf eine Verschiebung verzichtet werden konnte. Ein weiterer Vergleich, der gezogen werden konnte, ist die Gegenüberstellung der Einzelstimulation mit der Sequenz. Für den Vergleich wurden zwei Probanden ausgewählt, die jeweils sowohl eine hohe Reproduzierbarkeit, als auch ähnliche Wellenkomplexe aufzeigten. Der Vergleich beinhaltete das zeitliche Eintreffen der evozierten Potenziale sowie die Ausprägungen der Amplituden. Die Betrachtung beschränkte sich durchweg auf die Amplituden der Welle lll und der Welle V. Bei den Ergebnissen entstand eine Befürwortung für die Verwendung der Einzelstimulationen, da diese eine verkürzte Latenzzeit der Potenziale und höhere Amplitudenausschläge zur Folge hatten. Allerdings konnte unter der Verwendung der Sequenz-Stimulation dennoch bei manchen Probanden eine deutlichere Ausprägung des DN1-Potenzials gezeigt werden.
Ob durch Stimulation mit einer Sequenz eine zeiteffizientere ABR-Messung durchgeführt werden kann, konnte während der Arbeit nicht validiert werden. Um diesbezüglich eine genauere Aussage treffen zu können, werden weitere Messdaten benötigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Bauteile, bei dem aus einem pulverförmigen Ausgangswerkstoff (1), der mit mindestens zwei Komponenten gebildet ist, wobei die Komponenten einen unterschiedlichen Dampfdruck bei gleicher Temperatur aufweisen, durch ein additives Strahlfertigungsverfahren ein Bauteil hergestellt wird. Mindestens ein Prozessparameter zum Betrieb mindestens eines zweidimensional auslenkbaren Energiestrahls wird derart eingestellt, dass sich der Dampfdruck mindestens einer der Komponenten ändert, so dass der Anteil dieses chemischen Elements oder dieser Legierung im Bauteilvolumen lokal definiert im Bauteil variiert wird.
Die Thesis beschäftigt sich mit dem Kommunikationsprotokoll Lightweight Machine to Machine, welches für das Internet of Things entwickelt wurde. Es soll untersucht werden, wie das Protokoll funktioniert und wie es eingesetzt werden kann. Ebenfalls soll die Thesis zeigen, wie und ob Lightweight Machine to Machine über Long Term Evolution for Machines für Anwendungen mit begrenzten Ressourcen geeignet ist. Um diese Fragestellung zu beantworten, wurde das Protokoll auf Grund seiner Spezifikation und seinen Softwareimplementationen untersucht. Daraufhin wurde ein Versuchssystem entworfen und dieses anschließend auf sein Laufzeitverhalten und auf sein Energieverbrauch getestet. Die Evaluation des Protokolls ergab, dass es viele sinnvolle Funktionen zugeschnitten auf Geräte im Internet of Things besitzt und diese Funktionen kompakt und verständlich umsetzt. Da das Protokoll noch relativ jung ist, stellt es an verschiedenen Punkten eine Herausforderung dar. Die Tests des Versuchssystems ergaben, dass Lightweight Machine to Machine sich unter bestimmten Bedingungen für ressourcenbegrenzte Anwendungen eignet.
Der vorliegende Beitrag beschreibt die Motivation hinter den Forschungsarbeiten im Electric Mobility Competence Center (EMC^2) rund um elektrische Antriebskomponenten für die Elektromobilität sowie die Notwendigkeit, diese Forschungsarbeiten an Prüfständen zu testen und zu validieren. Zunächst wird näher auf die Charakteristik von elektrischen Maschinen eingegangen, um anschließend die verwendete Prüfstandtechnik vorzustellen.
Im Rahmen des Projekts "Myo-Hand" soll ein Prototyp einer myoelektrischen Handprothese entwickelt werden. Diese Prothese soll für handamputierte Menschen nützlich sein, da sie ihren Komfort und ihre Unabhängigkeit im Alltag verbessert und somit zu ihrer Eingliederung in die Gesellschaft beiträgt.
In dieser Abschlussarbeit werden die gesamte Arbeit, Studien und Realisierungen vorgestellt, die in den letzten zwei Semestern (WS2022 und SS2023) der Mechanik der Prothese durchgeführt wurden.
Nach einer kurzen Vorstellung der Arbeit des letzten Jahres wird ein Überblick über die Idee und die allgemeine Funktionsweise der Prothese gegeben, die verschiedene Komponenten umfasst: Elektronik, Machine-Learning, Steuerung, Wiederverwertbarkeit und Carbon Footprint. Das Lastenheft wird ebenfalls vorgestellt.
Die technologischen Entscheidungen werden näher erläutert: das Design der Teile, die Wahl der Verbindungen und die verwendeten Motoren. In einem zweiten Teil werden die Schritte zur Herstellung des ersten und zweiten Prototyps sowie eine Kritik des Ergebnisses vorgestellt. Weiter werden die Verbesserungen und die Ziele bis Januar 2024 besprochen.
Anschließend werden der Lebenszyklus der Prothese und ihr Carbon Footprint analysiert und mithilfe der Software Ecodesign Studio berechnet.
Blockchain interoperability: the state of heterogenous blockchain-to-blockchain communication
(2023)
Blockchain technology has been increasingly adopted over the past few years since the introduction of Bitcoin, with several blockchain architectures and solutions being proposed. Most proposed solutions have been developed in isolation, without a standard protocol or cryptographic structure to work with. This has led to the problem of interoperability, where solutions running on different blockchain platforms are unable to communicate, limiting the scope of use. With blockchains being adopted in a variety of fields such as the Internet of Things, it is expected that the problem of interoperability if not addressed quickly, will stifle technology advancement. This paper presents the current state of interoperability solutions proposed for heterogenous blockchain systems. A look is taken at interoperability solutions, not only for cryptocurrencies, but also for general data-based use cases. Current open issues in heterogenous blockchain interoperability are presented. Additionally, some possible research directions are presented to enhance and to extend the existing blockchain interoperability solutions. It was discovered that though there are a number of proposed solutions in literature, few have seen real-world implementation. The lack of blockchain-specific standards has slowed the progress of interoperability. It was also realized that most of the proposed solutions are developed targeting cryptocurrency-based applications.
The new input method was developed for research acoustic localization, including real and virtual sound sources. For these types of research, the input method plays an important role in the investigation of the auditory localization of sound sources in the collection of valid and meaningful data. The input method using LED array is based on the localization test, which is already used in the acoustics laboratory of the Peter-Osypka-Institute. The current input method via tablet with continuous input surface generates a high inaccuracy and error variance compared to the usual discontinuous input. To minimize this type of error for future measurements, an alternative method will be implemented as part of this bachelor thesis. The methodology of the alternative input method is based on the use of a controllable LED array with rotary encoder and push button. For this, an angular range from -90° to 90° with a 1° angular resolution shall be realized. The LED-array enables a visual representation while localizing sound sources.
Diese Arbeit befasst sich mit dem Entwurf und der Herstellung einer Roboterhandprothese, die amputierten Menschen eine gewisse Mobilität und eine teilweise Nutzung der Hand ermöglichen soll.
Das Projekt konzentriert sich insbesondere auf die Erkennung der vom Benutzer ausgeführten Bewegung und wird die Schritte der Erfassung, der Bewegung der Übertragung und die Erkennung detailliert darstellen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Performanz grundlegender Bildverarbeitungsalgorithmen wie einem Gaußfilter und Farbraumkonvertierung, aber auch der Feature Detection-Algorithmen Scale Invariant Feature Transform (SIFT) und Speeded-Up Robust Features (SURF) auf einem Raspberry Pi 4 unter Verwendung von openCV unter Variation der Parameter untersucht. Ein Algorithmus zur Farberkennung der Würfelsteine des Rubik's Cube wurde entwickelt, implementiert und evaluiert. Die Laufzeiten der Algorithmen wurden mit dem Raspberry Pi 4 und einem Lenovo P12.Gen Notebook mit Intel-i9 Prozessor gemessen. Die Ergebnisse wurden verglichen und diskutiert.
Diese Arbeit handelt von der Entwicklung zweier zukunfts- und handlungsorientierter e-Learning Module für das Triebwerkswechselgerät „Cobra“. Dabei wird das didaktische Konzept für diese e-Learning Module entwickelt und reflektiert. Dies beinhaltet die Auseinandersetzung mit verschiedenen Lerntheorien und didaktischen Modellen. Neben diesen didaktischen Modellen findet die Instruktionstheorie nach Gagnè eine Anwendung. Um den Wissenserwerb zu prüfen werden Aufgaben unter Berücksichtigung der Taxonomien nach Bloom entwickelt. Ausschnitte aus den e-Learning Modulen geben einen Einblick in die Umsetzung des didaktischen Konzeptes.
Durch den stark wachsenden Klinikcampus des Universitätsklinikums Freiburg ist die zentrale Versorgung mit medizinischem Sauerstoff an ihrer Kapazitätsgrenze angelangt. Es handelt sich um ein großflächiges, teilweise über viele Jahrzehnte altes Ringleitungssystem, an das immer wieder neue Kliniken und Institute angeschlossen wurden.
Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist eine umfangreiche Untersuchung und Beurteilung von Sicherheits- und Kapazitätsparametern der zentralen medizinischen Gasversorgung. Hierzu erfolgte zunächst eine Literaturrecherche zum aktuellen Stand der Technik. Danach wurde eine Umfrage an insgesamt 14 deutschen Universitätskliniken mit ähnlicher Ringleitungstopologie durchgeführt. Es zeigte sich, dass in den meisten Fällen bisher noch keine detaillierte Analyse des eigenen Ringleitungssystems für medizinische Zwecke durchgeführt wurde.
An der Universitätsklinik Freiburg erfolgte die Analyse des Ringleitungssystems mit Hilfe der nicht-invasiven Clamp-On Messmethode für Gase. Dabei wurde als erstes festgestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Ringleitungssystems im Mittel so niedrig sind, dass keine Brandgefährdung vom z.B. durch die Selbstentzündung von Sauerstoff für die Klinik zu erwarten ist. Es stellte sich weiter heraus, dass für die Notversorgung der einzelnen Kliniken und Institute die Dimensionierung der Flaschenbatterien in lokalen Gasunterzentralen deutlich zu gering ist und dort nachgebessert werden sollte. Im Hinblick auf die o.g. Umfrage ist diese Masterarbeit sicher auch für andere Universitätskliniken bzw. Kliniken mit Campusinfrastruktur mit ähnlicher Ringleitungstopologie interessant.
Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wurde die Steuereinheit für das elektrisch angetriebene Hocheffizienzfahrzeug Schluckspecht 6 entworfen. Im Detail wurde die bestehende Steuereinheit analysiert. Durch sorgfältiges Betrachten der Leistungselektronik und deren Elemente, der Signalaufbereitungsplatine, der Stromsensorplatine und der DC/DC-Wandlerplatine, wurden die bestehenden Fehler in deren Schaltplänen behoben. Im Zuge dieser Fehlerbehebung, wurde die Übersichtlichkeit der Schaltpläne verbessert. Des Weiteren wurden die Leistungselektronik und deren Elemente zu der neuen Control Unit fusioniert. Um eine möglichst nachhaltige Hardware zu erhalten, wurde die alte Platine optimiert. Dazu sind die Ein-/ und Ausgänge und der CAN-Bus von dem Entwicklerboard an den Leiterplattenrand geführt worden. Damit die CAN-Signale vom Entwicklerboard verarbeitet werden können, wurde zusätzlich eine Schaltung für die Signal-konvertierung entwickelt. Die zusammengeführte Leiterplatte wurde für eine bessere Zugänglichkeit während des Shell-Eco-Marathon, einseitig bestückt. Um die Fehlerbehebung zu erleichtern, sind Messpunkte, zusammen mit einer Messtabelle, auf deren Schaltpläne integriert worden. Zusätzlich wurde ein Jumper für die Energieversorgung des Entwicklerboards hinzugefügt, damit dieses intern oder extern versorgt werden kann. Für die Control Unit wurden Schnittstellen zur besseren Erweiterung ausgesucht. Nach Abschluss des Optimierungsprozesses und der Komponentenauswahl, wurden die Schaltpläne und ein Board der Control Unit entworfen. Für diesen Entwurf wurde eine Leiterplatte bestellt, welche im SMD-Labor bestückt und verlötet wurde. Anschließend wurde an dieser ein Funktionstest und eine Inbetriebnahme im Schluckspecht 6 durchgeführt. Ein weiterer Teil der Arbeit war die Planung des Gehäuses für die neu entworfene Control Unit, die Auswahl der Anschlussstecksysteme und die Fixierung der Leiterplatte in der Energiebox, sowie die Verdrahtung zwischen der Control Unit und den Stecksystemen.
Disturbances of the cardiac conduction system causing reentry mechanisms above the atrioventricular (AV) node are induced by at least one accessory pathway with different conducting properties and refractory periods. This work aims to further develop the already existing and continuously expanding Offenburg heart rhythm model to visualise the most common supraventricular reentry tachycardias to provide a better understanding of the cause of the respective reentry mechanism.
Das Softwareunternehmen HRworks implementiert eine Personalverwaltungssoftware unter Verwendung der Programmiersprache Smalltalk und des Model-View-Controller (MVC) Musters. Innerhalb des Unternehmens erfordert jede Model-Klasse des Patterns das Vorhandensein einer korrespondierenden Controllerklasse. Controller verfügen über ein wiederkehrendes Grundgerüst, das bei jeder neuen Implementierung umgesetzt werden muss. Die Unterscheidungen innerhalb dieses Grundgerüsts ergeben sich lediglich aus dem Namen und der spezifischen Struktur der korrespondierenden Model-Klasse. Die vorliegende Arbeit adressiert die Herausforderung der automatischen Generierung dieses Controllergrundgerüsts, wobei die Besonderheiten jeder Model-Klasse berücksichtigt wird. Dies wird durch den gezielten Einsatz von Metaprogrammierung in der Programmiersprache Smalltalk realisiert und durch eine Benutzeroberfläche in der Entwicklungsumgebung unterstützt. Zusätzlich wird der Controller um eine Datentypprüfung erweitert, wofür ein spezialisierter Parser implementiert wurde. Dieser extrahiert aus einem definierten Getter der Model-Klasse den entsprechenden Datentyp des Attributes. Im Ergebnis liefert die Arbeit eine Methodik zur automatisierten Generierung und Anpassung von Controllergrundgerüsten sowie dazugehörigen Teststrukturen basierend auf der jeweiligen Model-Klasse. Zusätzlich wird die Funktionalität der Controller durch eine integrierte Datentypprüfung erweitert.
Aus Ideen werden Produkte
(2020)
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.