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- renewable energy (1)
- residential buildings (1)
- responsibility (1)
- sample‐to‐sample fluctuation (1)
- second "Iron Hand" (1)
- security (1)
- seismic (1)
- semf (1)
- sharding algorithm (1)
- shingle solar cells (1)
- shop floor (1)
- signal processing (1)
- silicone (1)
- slope (1)
- smartphone (1)
- social media analytics (1)
- software architecture (1)
- software design (1)
- software engineering (1)
- solvent (1)
- sound localization (1)
- spectral defense (1)
- split manufacturing (1)
- sprint start (1)
- stationary energy storage (1)
- statistical methods (1)
- statistical methods, ROS (1)
- stochastic computing (1)
- style (1)
- style transfer (1)
- superimposed high-cycle mechanical fatigue (1)
- sustainability (1)
- syndrome coding (1)
- taxonomy (1)
- thermal comfort (1)
- thermoelectrics (1)
- three-dimensional (1)
- trust (1)
- trust management system (1)
- trustworthy ai (1)
- ultrasonography (1)
- understandability (1)
- validity (1)
- ventricular tachycardia (1)
- verdeckter Kanal (1)
- vibration harvester (1)
- virtual experiments (1)
- visual analytics (1)
- visualization (1)
- visuelle Steuerung (1)
- walking (1)
- zinc ion batteries (1)
- Ältere (1)
- β-TCP (1)
Institute
- Fakultät Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik (EMI) (ab 04/2019) (121)
- Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik (M+V) (119)
- Fakultät Medien (M) (ab 22.04.2021) (90)
- Fakultät Wirtschaft (W) (58)
- Fakultät Medien und Informationswesen (M+I) (bis 21.04.2021) (51)
- INES - Institut für nachhaltige Energiesysteme (32)
- IMLA - Institute for Machine Learning and Analytics (19)
- POIM - Peter Osypka Institute of Medical Engineering (17)
- ivESK - Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (14)
- IfTI - Institute for Trade and Innovation (11)
Open Access
- Closed Access (259)
- Open Access (170)
- Bronze (13)
- Hybrid (6)
- Closed (4)
- Diamond (2)
- Grün (2)
- Gold (1)
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.
Technologie spielt im Sport schon immer eine große Rolle. Mit steigender Leistungsdichte im Spitzensport wird versucht mithilfe technischer Hilfsmittel dem Sportler die optimalen Umstände zu ermöglichen. Dazu gehört nicht nur Technik im Sportequiptment, sondern auch Sportuntersuchungen wie Leistungsdiagnostiken. Im Laufsport zählen dazu Ausdauer- und Krafttests. Bei Ausdauertests werden physiologische Parameter wie Laktat, Herzfrequenz oder Sauerstoffaufnahme gemessen. Zusätzlich wird die Lauftechnik für einen kurzen Zeitpunkt analysiert. Wie sich diese unter anhaltender Belastung verhält, wird nicht untersucht. Mit neuen Technologien im Bereich Bewegungsanalyse, können immer schneller größere Datensätze ausgewertet werden. Aus diesem Grund wird in dieser Studie die Lauftechnik über mehrere Zeitpunkte aufgezeichnet und nach Ermüdungserscheinungen untersucht.
Dazu wurde am Institut für angewandte Trainingswissenschaften (IAT) während einer komplexen Leistungsdiagnostik im März 2021 bei einem Laufbandstufentest (4x2000m oder 4x3000m) die Lauftechnik von 15 Elite- und Elitenachwuchsläufer:innen (m=8, w=7) mithilfe eines 3D-Bewegungsanalyse Systems nach Veränderungen in Winkelstellung und Bodenreaktionskraft untersucht. Als physiologische Vergleichsparameter wurde Herzfrequenz und Laktat aufgenommen.
Bei der Analyse der Daten wurden diese in der Gruppe betrachtet. Dabei haben sich schwach signifikante Veränderungen (p=0,047) der vertikalen Bodenreaktionskraft links am Ende der Stufe aufgezeigt. Weitere signifikante Unterschiede (p=0,020) sind im maximalen Kniehub links zu einem größerer Hüftwinkel am Ende sichtbar. Da sonst keine signifikanten Unterschiede zu sehen sind, lässt sich, bei dem hier durchgeführten Protokoll, nicht statistisch gesichert feststellen, ob auftretende Ermüdungserscheinungen die Lauftechnik beeinflussen und verändern. Um festzustellen, ob es geschlechts- oder protokollanhängige Effekte hinsichtlich einer ermüdungsbedingte Lauftechnikveränderung gibt, wurde auch dies statistisch untersucht.
Hier zeigten sich jeweils in einzelnen Parametern signifikante Unterschiede (Parameter TO\_knee\_left; p=0,026) in der Geschlechtsspezifik und in der protokollabhängigen Untersuchung (Parameter TSw\_hip\_left; p=0,04)
Für weitere Studien zur Untersuchung von Lauftechnikveränderung sollten umfangreichere physiologische Daten zur genaueren Betrachtung der Ermüdung verwendet werden. Grundsätzlich müsste das Protokoll auf eine maximale Ausbelastung (beispielsweise Dauerstufentest von 10-15km oder Ausbelastungs-/Abbruchtest) ausgelegt sein.
Grundlegend ist festzustellen, dass sich Simi-Shape als 3D-Bewegungsanalyse-Methode eignet, um spezifische Parameter in der Lauftechnik zu diagnostizieren, gerade hinsichtlich der Effizienz im Auswerteprozess.
Threat Modeling is a vital approach to implementing ”Security by Design” because it enables the discovery of vulnerabilities and mitigation of threats during the early stage of the Software Development Life Cycle as opposed to later on when they will be more expensive to fix. This thesis makes a review of the current threat Modeling approaches, methods, and tools. It then creates a meta-model adaptation of a fictitious cloud-based shop application which is tested using STRIDE and PASTA to check for vulnerabilities, weaknesses, and impact risk. The Analysis is done using Microsoft Threat Modeling Tool and IriusRisk. Finally, an evaluation of the results is made to ascertain the effectiveness of the processes involved with highlights of the challenges in threat modeling and recommendations on how security developers can make improvements.
The need for the logistics sector to timely respond to the increasing requirements of a globalised and digitalised world relies greatly on the com- petences and skills of its labour force. It becomes therefore essential to reinforce the cooperation between universities and business partners in the logistics and supply chain management fields across the European region and to build a logistics knowledge cluster supported by a communication and collaboration platform to foster continuous learning, skill acquisition and experience sharing anytime anywhere. In this paper we focus on designing the conceptual and technical framework for a communication and collaboration platform with the aim to establish the communication pipelines between the partner institutions, facilitating user interactions and exchange, leading to the creation of new knowledge and innovation in the logistics field. This framework is based on the requirements of the three main stakeholders: students, lecturers and companies, and consists of four functional areas defined according to the platform opera- tional requirements. A working prototype of the platform was developed using the Moodle learning management system and its core tools to determine its applicability and possible enhancement requirements. In the next stages of the project some additional tools like a knowledge base and the integration of the partners’ learning management systems to form the logistics knowledge cluster will be implemented.
With the increasing share of renewable energies and the nuclear phase-out, the energy transition is accelerating. From the perspective of building technology, there is great potential to support this transition given its large share in total energy consumption and the increasing number of flexible and controllable components and storages. However, a question often asked at the plant level is: "How do we use this flexibility to support the regional grid?". In this work, a grid-supportive controller of a real-world building energy plant was developed using mathematical optimisation methods and its technical feasibility was demonstrated. The results could convince actors from the energy industry and academia about the practicality of these methods and offer tools for their implementation.
The Go programming language is an increasingly popular language but some of its features lack a formal investigation. This article explains Go's resolution mechanism for overloaded methods and its support for structural subtyping by means of translation from Featherweight Go to a simple target language. The translation employs a form of dictionary passing known from type classes in Haskell and preserves the dynamic behavior of Featherweight Go programs.
A Hybrid Optoelectronic Sensor Platform with an Integrated Solution‐Processed Organic Photodiode
(2021)
Hybrid systems, unifying printed electronics with silicon‐based technology, can be seen as a driving force for future sensor development. Especially interesting are sensing elements based on printed devices in combination with silicon‐based high‐performance electronics for data acquisition and communication. In this work, a hybrid system integrating a solution‐processed organic photodiode in a silicon‐based system environment, which enables flexible device measurement and application‐driven development, is presented. For performance evaluation of the integrated organic photodiode, the measurements are compared to a silicon‐based counterpart. Therefore, the steady state response of the hybrid system is presented. Promising application scenarios are described, where a solution‐processed organic photodiode is fully integrated in a silicon system.
Cryptographic protection of messages requires frequent updates of the symmetric cipher key used for encryption and decryption, respectively. Protocols of legacy IT security, like TLS, SSH, or MACsec implement rekeying under the assumption that, first, application data exchange is allowed to stall occasionally and, second, dedicated control messages to orchestrate the process can be exchanged. In real-time automation applications, the first is generally prohibitive, while the second may induce problematic traffic patterns on the network. We present a novel seamless rekeying approach, which can be embedded into cyclic application data exchanges. Although, being agnostic to the underlying real-time communication system, we developed a demonstrator emulating the widespread industrial Ethernet system PROFINET IO and successfully use this rekeying mechanism.
Quantifying the midsole material characteristics of athletic footwear is a standard task in footwear research and development. Current material testing protocols primarily focus on the determination of cushioning properties of the heel region or the quantification of the midsole properties as one assembly. However, midsoles possess different spatial material properties that have not been quantified from previous methodologies. Therefore, new material testing methods are required to quantify the local material response of athletic footwear. We developed a cyclical force-controlled material testing protocol for the determination of non-homogeneously distributed material stiffness with a high spatial resolution. In five prototype shoes varying in their stiffness distribution, we found that the material properties can be reliably measured across the midsole. Furthermore, we observed a characteristic non-linear material response regardless of the midsole location. We found that the material stiffness increased with an increase of the applied force and that this effect is further intensified by higher testing cycles. Additionally, the obtained midsole stiffness depends on the geometry of the midsole. We explored different approaches to reduce the measurement time of the testing protocol and found that the number of measurements can be reduced by 70% using 2 D-interpolation procedures. Determining the spatial material properties of midsoles needs to be considered to understand foot-shoe interactions. Furthermore, this measurement protocol can be used for quality control within the footwear and can be adapted for considering the effects of different running styles or speeds on ground force application characteristics.
The transition from college to university can have a variety of psychological effects on students who need to cope with daily obligations by themselves in a new setting, which can result in loneliness and social isolation. Mobile technology, specifically mental health apps (MHapps), have been seen as promising solutions to assist university students who are facing these problems, however, there is little evidence around this topic. My research investigates how a mobile app can be designed to reduce social isolation and loneliness among university students. The Noneliness app is being developed to this end; it aims to create social opportunities through a quest-based gamified system in a secure and collaborative network of local users. Initial evaluations with the target audience provided evidence on how an app should be designed for this purpose. These results are presented and how they helped me to plan the further steps to reach my research goals. The paper is presented at MobileHCI 2020 Doctoral Consortium.
Pure orbital blowout fractures occur within the confines of the internal orbital wall. Restoration of orbital form and volume is paramount to prevent functional and esthetic impairment. The anatomical peculiarity of the orbit has encouraged surgeons to develop implants with customized features to restore its architecture. This has resulted in worldwide clinical demand for patient-specific implants (PSIs) designed to fit precisely in the patient’s unique anatomy. Material extrusion or Fused filament fabrication (FFF) three-dimensional (3D) printing technology has enabled the fabrication of implant-grade polymers such as Polyetheretherketone (PEEK), paving the way for a more sophisticated generation of biomaterials. This study evaluates the FFF 3D printed PEEK orbital mesh customized implants with a metric considering the relevant design, biomechanical, and morphological parameters. The performance of the implants is studied as a function of varying thicknesses and porous design constructs through a finite element (FE) based computational model and a decision matrix based statistical approach. The maximum stress values achieved in our results predict the high durability of the implants, and the maximum deformation values were under one-tenth of a millimeter (mm) domain in all the implant profile configurations. The circular patterned implant (0.9 mm) had the best performance score. The study demonstrates that compounding multi-design computational analysis with 3D printing can be beneficial for the optimal restoration of the orbital floor.
The NaSiO Institute (Institute for Sustainable Silicate Research in Offenburg, https://inasio.hs-offenburg.de/) has been working for years on climate-friendly alternatives to insulation materials and inorganic binders, as well as the reasonable use of construction waste in the building industry. The aim of research is to realize the enormous CO 2 saving potential of the construction sector worldwide. A stopping of climate heating will only succeed if these climate-friendly alternatives are used in the construction industry. This is the only way to realize the enormous CO2 savings that will be needed in future to comply with the Paris Agreement.
Treadmills are essential to the study of human and animal locomotion as well as for applied diagnostics in both sports and medicine. The quantification of relevant biomechanical and physiological variables requires a precise regulation of treadmill belt velocity (TBV). Here, we present a novel method for time-efficient tracking of TBV using standard 3D motion capture technology. Further, we analyzed TBV fluctuations of four different treadmills as seven participants walked and ran at target speeds ranging from 1.0 to 4.5 m/s. Using the novel method, we show that TBV regulation differs between treadmill types, and that certain features of TBV regulation are affected by the subjects’ body mass and their locomotion speed. With higher body mass, the TBV reductions in the braking phase of stance became higher, even though this relationship differed between locomotion speeds and treadmill type (significant body mass × speed × treadmill type interaction). Average belt speeds varied between about 98 and 103% of the target speed. For three of the four treadmills, TBV reduction during the stance phase of running was more intense (> 5% target speed) and occurred earlier (before 50% of stance phase) unlike the typical overground center of mass velocity patterns reported in the literature. Overall, the results of this study emphasize the importance of monitoring TBV during locomotor research and applied diagnostics. We provide a novel method that is freely accessible on Matlab’s file exchange server (“getBeltVelocity.m”) allowing TBV tracking to become standard practice in locomotion research.
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.
Governments have restricted public life during the COVID-19 pandemic, inter alia closing sports facilities and gyms. As regular exercise is essential for health, this study examined the effect of pandemic-related confinements on physical activity (PA) levels. A multinational survey was performed in 14 countries. Times spent in moderate-to-vigorous physical activity (MVPA) as well as in vigorous physical activity only (VPA) were assessed using the Nordic Physical Activity Questionnaire (short form). Data were obtained for leisure and occupational PA pre- and during restrictions. Compliance with PA guidelines was calculated based on the recommendations of the World Health Organization (WHO). In total, n = 13,503 respondents (39 ± 15 years, 59% females) were surveyed. Compared to pre-restrictions, overall self-reported PA declined by 41% (MVPA) and 42.2% (VPA). Reductions were higher for occupational vs. leisure time, young and old vs. middle-aged persons, previously more active vs. less active individuals, but similar between men and women. Compared to pre-pandemic, compliance with WHO guidelines decreased from 80.9% (95% CI: 80.3–81.7) to 62.5% (95% CI: 61.6–63.3). Results suggest PA levels have substantially decreased globally during the COVID-19 pandemic. Key stakeholders should consider strategies to mitigate loss in PA in order to preserve health during the pandemic.
The following describes a new method for estimating the parameters of an interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM). For the estimation of the parameters the current slopes caused by the switching of the inverter are used to determine the unknowns of the system equations of the electrical machine. The angle and current dependence of the machine parameters are linearized within a PWM cycle. By considering the different switching states of the inverter, several system equations can be derived and a solution can be found within one PWM cycle. The use of test signals and filter-based approaches is avoided. The derived algorithm is explained and validated with measurements on a test bench.
Time-Sensitive Networking (TSN) is the most promising time-deterministic wired communication approach for industrial applications. To extend TSN to "IEEE 802.11" wireless networks two challenging problems must be solved: synchronization and scheduling. This paper is focused on the first one. Even though a few solutions already meet the required synchronization accuracies, they are built on expensive hardware that is not suited for mass market products. While next Wi-Fi generation might support the required functionalities, this paper proposes a novel method that makes possible high-precision wireless synchronization using commercial low-cost components. With the proposed solution, a standard deviation of synchronization error of less than 500 ns can be achieved for many use cases and system loads on both CPU and network. This performance is comparable to modern wired real-time field busses, which makes the developed method a significant contribution for the extension of the TSN protocol to the wireless domain.
Most eCommerce applications, like web-shops have millions of products. In this context, the identification of similar products is a common sub-task, which can be utilized in the implementation of recommendation systems, product search engines and internal supply logistics. Providing this data set, our goal is to boost the evaluation of machine learning methods for the prediction of the category of the retail products from tuples of images and descriptions.
A Review on Kinetic Energy Harvesting with Focus on 3D Printed Electromagnetic Vibration Harvesters
(2021)
The increasing amount of Internet of Things (IoT) devices and wearables require a reliable energy source. Energy harvesting can power these devices without changing batteries. Three-dimensional printing allows us to manufacture tailored harvesting devices in an easy and fast way. This paper presents the development of hybrid and non-hybrid 3D printed electromagnetic vibration energy harvesters. Various harvesting approaches, their utilised geometry, functional principle, power output and the applied printing processes are shown. The gathered harvesters are analysed, challenges examined and research gaps in the field identified. The advantages and challenges of 3D printing harvesters are discussed. Reported applications and strategies to improve the performance of printed harvesting devices are presented.
It is important to minimize the unscheduled downtime of machines caused by outages of machine components in highly automated production lines. Considering machine tools such as, grinding machines, the bearing inside of spindles is one of the most critical components. In the last decade, research has increasingly focused on fault detection of bearings. In addition, the rise of machine learning concepts has also intensified interest in this area. However, up to date, there is no single one-fits-all solution for predictive maintenance of bearings. Most research so far has only looked at individual bearing types at a time.
This paper gives an overview of the most important approaches for bearing-fault analysis in grinding machines. There are two main parts of the analysis presented in this paper. The first part presents the classification of bearing faults, which includes the detection of unhealthy conditions, the position of the error (e.g. at the inner or at the outer ring of the bearing) and the severity, which detects the size of the fault. The second part presents the prediction of remaining useful life, which is important for estimating the productive use of a component before a potential failure, optimizing the replacement costs and minimizing downtime.
Multiple Object Tracking (MOT) is a long-standing task in computer vision. Current approaches based on the tracking by detection paradigm either require some sort of domain knowledge or supervision to associate data correctly into tracks. In this work, we present a self-supervised multiple object tracking approach based on visual features and minimum cost lifted multicuts. Our method is based on straight-forward spatio-temporal cues that can be extracted from neighboring frames in an image sequences without supervision. Clustering based on these cues enables us to learn the required appearance invariances for the tracking task at hand and train an AutoEncoder to generate suitable latent representations. Thus, the resulting latent representations can serve as robust appearance cues for tracking even over large temporal distances where no reliable spatio-temporal features can be extracted. We show that, despite being trained without using the provided annotations, our model provides competitive results on the challenging MOT Benchmark for pedestrian tracking.
We present a densitometric quantification method for triclosan in toothpaste, separated by high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) and using a 48-bit flatbed scanner as the detection system. The sample was band-wise applied to HPTLC plates (10 × 20 cm), with fluorescent dye, Merck, Germany (1.05554). The plates were developed in a vertical developing chamber with 20 min of chamber saturation over 70 mm, using n-heptane–methyl tert-butyl ether–acetic acid (92:8:0.1, V/V) as solvent. The RF value of triclosan is hRF = 22.4, and quantification is based on direct measurements using an inexpensive 48-bit flatbed scanner for color measurements (in red, green, and blue) after plate staining with 2,6-dichloroquinone-4-chloroimide (Gibbs' reagent). Evaluation of the red channel makes the measurements of triclosan very specific. For linearization, an extended Kubelka–Munk expression was used for data transformation. The range of linearity covers more than two orders of magnitude and is between 91 and 1000 ng. The separation method is inexpensive, fast and reliable.
Most recently, the federal government in Germany published new climate goals in order reach climate neutrality by 2045. This paper demonstrates a path to a cost optimal energy supply system for the German power grid until the year 2050. With special regard to regionality, the system is based on yearly myopic optimization with the required energy system transformation measures and the associated system costs. The results point out, that energy storage systems (ESS) are fundamental for renewables integration in order to have a feasible energy transition. Moreover, the investment in storage technologies increased the usage of the solar and wind technologies. Solar energy investments were highly accompanied with the installation of short-term battery storage. Longer-term storage technologies, such as H2, were accompanied with high installations of wind technologies. The results pointed out that hydrogen investments are expected to overrule short-term batteries if their cost continues to decrease sharply. Moreover, with a strong presence of ESS in the energy system, biomass energy is expected to be completely ruled out from the energy mix. With the current emission reduction strategy and without a strong presence of large scale ESS into the system, it is unlikely that the Paris agreement 2° C target by 2050 will be achieved, let alone the 1.5° C.
Achieving Positive Hospitality Experiences through Technology: Findings from Singapore and Malaysia
(2021)
Customers’ experience is one of the most impactful factors in the tourism industry. Only by offering customers an excellent experience is it possible to build and ensure long-term customer loyalty. In today’s world, technology plays a key role in providing customers with an excellent customer experience. This study has the objective of analyzing how a positive customer experience can be achieved, and which technologies are necessary to ensure this. Results were collected through a literature review, and qualitative interviews with managers of selected hotels, as well as of attractions in Malaysia and Singapore. The analysis of these hotels and attractions is based on a set of criteria to determine the extent of the adoption of the new standards that contribute to positive online customer experiences. As a conclusion, different perspectives are compared, and positive and negative aspects of the use of modern technologies in the tourism industry are specified and discussed.
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 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.
Additive manufacturing is a rapidly growing manufacturing process for which many new processes and materials are currently being developed. The biggest advantage is that almost any shape can be produced, while conventional manufacturing methods reach their limits. Furthermore, a lot of material is saved because the part is created in layers and only as much material is used as necessary. In contrast, in the case of machining processes, it is not uncommon for more than half of the material to be removed and disposed of. Recently, new additive manufacturing processes have been on the market that enables the manufacturing of components using the FDM process with fiber reinforcement. This opens up new possibilities for optimizing components in terms of their strength and at the same time increasing sustainability by reducing materials consumption and waste. Within the scope of this work, different types of test specimens are to be designed, manufactured and examined. The test specimens are tensile specimens, which are used both for standardized tensile tests and for examining a practical component from automotive engineering used in student project. This project is a vehicle designed to compete in the Shell Eco-marathon, one of the world’s largest energy efficiency competitions. The aim is to design a vehicle that covers a certain distance with as little fuel as possible. Accordingly, it is desirable to manufacture the components with the lowest possible weight, while still ensuring the required rigidity. To achieve this, the use of fiber-reinforced 3D-printed parts is particularly suitable due to the high rigidity. In particular, the joining technology for connecting conventionally and additively manufactured components is developed. As a result, the economic efficiency was assessed, and guidelines for the design of components and joining elements were created. In addition, it could be shown that the additive manufacturing of the component could be implemented faster and more sustainably than the previous conventional manufacturing.
In bimodal cochlear implant (CI) / hearing aid (HA) users a constant interaural time delay in the order of several milliseconds occurs due to differences in signal processing of the devices. For MED-EL CI systems in combination with different HA types, we have quantified the respective device delay mismatch (Zirn et al. 2015). In the current study, we investigate the effect of the device delay mismatch in simulated and actual bimodal listeners on sound localization accuracy.
To deal with the device delay mismatch in actual bimodal listeners we delayed the CI stimulation according to the measured HA processing delay and two other values. With all delay values highly significant improvements of the rms error in the localization task were observed compared to the test without the delay. The results help to narrow down the optimal patient-specific delay value.
Wer als Pädagoge und Wissenschaftler das Thema „Digitalisierung und Unterricht“ kritisch reflektiert, stellt fest, dass nur Wenige die Tragweite der schon lange beabsichtigten Transformation von Bildungseinrichtungen zu IT-konformen, algorithmisch gesteuerten Lernfabriken realisieren. Die Corona-Pandemie ist nur der aktuelle Anlass, seit langem bekannte Digitalisierungsstrategien nur schneller umzusetzen. Dabei ist der Wechsel von ursprünglich pädagogischen Prämissen als Basis von Lehr- und Lernprozessen hin zum Paradigma der datengestützte Schulentwicklung und der empirischer Bildungsforschung wesentlich. Daten und Statistik dominieren das Individuum wie das Unterrichtsgeschehen. Es bedeutet sachlogisch, möglichst viele Daten der Schülerinnen und Schüler zu sammeln, auszuwerten und zur Grundlage von Entscheidungen über Lerninhalte und -prozessen zu machen. Lehren und Lernen wird wieder einmal als, heute digital, steuerbarer Prozess behauptet, wie schon beim programmierten Lernen in den 1950er Jahren. Was sind mögliche Alternativen?
IoT networks are increasingly used as entry points for cyberattacks, as often they offer low-security levels, as they may allow the control of physical systems and as they potentially also open the access to other IT networks and infrastructures. Existing intrusion detection systems (IDS) and intrusion prevention systems (IPS) mostly concentrate on legacy IT networks. Nowadays, they come with a high degree of complexity and adaptivity, including the use of artificial intelligence. It is only recently that these techniques are also applied to IoT networks. In this paper, we present a survey of machine learning and deep learning methods for intrusion detection, and we investigate how previous works used federated learning for IoT cybersecurity. For this, we present an overview of IoT protocols and potential security risks. We also report the techniques and the datasets used in the studied works, discuss the challenges of using ML, DL and FL for IoT cybersecurity and provide future insights.
Soziale Roboter, die mit uns kommunizieren und menschliche Verhaltensmuster imitieren, sind ein wichtiges Zukunftsthema. Während viele Arbeiten ihr Design und ihre Akzeptanz erforschen, gibt es bislang nur wenige Untersuchungen zu ihrer Marktfähigkeit. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Einsatz sozialer Roboter in den Bereichen Gesundheit und Pflege, wo die zukünftige Integration sozialer Roboter ein enormes Potenzial hat. Eine Studie mit 197 Personen aus Italien und Deutschland untersucht gewünschte Funktionalitäten und Kaufpräferenzen und berücksichtigt hierbei kulturelle Unterschiede. Dabei bestätigte sich die Wichtigkeit mehrerer Dimensionen des ALMERE-Modells (z. B. wahrgenommene Freude, Nützlichkeit und Vertrauenswürdigkeit). Die Akzeptanz korreliert stark mit der Investitionsbereitschaft. Viele ältere Personen betrachten soziale Roboter als „assistierende technische Geräte“ und erwarten, dass diese von Versicherungen und der öffentlichen Hand bezuschusst werden. Um ihren zukünftigen Einsatz zu erleichtern, sollten soziale Roboter in die Datenbanken medizinischer Hilfsmittel integriert werden.
An Empirical Investigation of Model-to-Model Distribution Shifts in Trained Convolutional Filters
(2021)
We present first empirical results from our ongoing investigation of distribution shifts in image data used for various computer vision tasks. Instead of analyzing the original training and test data, we propose to study shifts in the learned weights of trained models. In this work, we focus on the properties of the distributions of dominantly used 3x3 convolution filter kernels. We collected and publicly provide a data set with over half a billion filters from hundreds of trained CNNs, using a wide range of data sets, architectures, and vision tasks. Our analysis shows interesting distribution shifts (or the lack thereof) between trained filters along different axes of meta-parameters, like data type, task, architecture, or layer depth. We argue, that the observed properties are a valuable source for further investigation into a better understanding of the impact of shifts in the input data to the generalization abilities of CNN models and novel methods for more robust transfer-learning in this domain.
An Empirical Study of Explainable AI Techniques on Deep Learning Models For Time Series Tasks
(2021)
Decision explanations of machine learning black-box models are often generated by applying Explainable AI (XAI) techniques. However, many proposed XAI methods produce unverified outputs. Evaluation and verification are usually achieved with a visual interpretation by humans on individual images or text. In this preregistration, we propose an empirical study and benchmark framework to apply attribution methods for neural networks developed for images and text data on time series. We present a methodology to automatically evaluate and rank attribution techniques on time series using perturbation methods to identify reliable approaches.
A coordinated operation of decentralised micro-scale hybrid energy systems within a locally managed network such as a district or neighbourhood will play a significant role in the sector-coupled energy grid of the future. A quantitative analysis of the effects of the primary energy factors, energy conversion efficiencies, load profiles, and control strategies on their energy-economic balance can aid in identifying important trends concerning their deployment within such a network. In this contribution, an analysis of the operational data from five energy laboratories in the trinational Upper-Rhine region is evaluated and a comparison to a conventional reference system is presented. Ten exemplary data-sets representing typical operation conditions for the laboratories in different seasons and the latest information on their national energy strategies are used to evaluate the primary energy consumption, CO2 emissions, and demand-related costs. Various conclusions on the ecologic and economic feasibility of hybrid building energy systems are drawn to provide a toe-hold to the engineering community in their planning and development.
We present a video-densitometric high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) quantification method for patulin in apple juice, developed in a vertical chamber from the starting point to a distance of 50 mm, using MTBE, n-pentane (9 + 5, v/v) as mobile phase. After separation the plate is sprayed with methyl-benzothiazolinone hydrazone hydrochloride monohydrate (MBTH) solution (40 mg in 20 mL methanol) and heated at 105 °C for 15 min. Patulin zones are transformed into yellow spots. The quantification is based on direct measurements using an inexpensive 48-bit flatbed scanner for color measurements (in red, green, and blue). Evaluation of the blue channel makes the measurements very specific. Quantification in fluorescence was also done by use of a 16-bit CCD-camera and UV-366 nm illumination as well as using a HPTLC DAD-scanner. For linearization the extended Kubelka–Munk expression for data transformation was used. The range of linearity covers more than two magnitudes and lies between 5 and 800 ng patulin. The extraction of 20 g apple juice and an extract application on plate up to 50 µL allows statistically defined checking the limit of detection (LOD) of 50 ng patulin per track, which is equivalent to 50 µg patulin per kg apple juice.
Der wachsende Trend zur Individualisierung von Produkten wird von immer mehr Unternehmen aufgegriffen und umgesetzt. Mithilfe von Produktkonfiguratoren bieten sie ihren Kund*innen die Möglichkeit, ihr eigenes Produkt nach Wunsch zu kreieren. Die Konfiguratoren stehen mit dieser Interaktion vor der Herausforderung die Nutzer*innen als Nicht-Experten erfolgreich durch den Prozess zu leiten. Ein zentraler Bestandteil der erfolgreichen Umsetzung ist die Benutzerfreundlichkeit und dessen anwendungsorientierte Gestaltung.
Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse und Optimierung der Usability des Möbelkonfigurators der mycs GmbH. Das Ziel der Arbeit ist die Aufdeckung von Schwachstellen und die Entwicklung passender Handlungsempfehlungen für die Optimierung der Benutzerfreundlichkeit.
Zu diesem Zweck wird der IST-Zustand des Konfigurators ermittelt und darauf aufbauend ein Usability-Test erstellt und durchgeführt. Die verwendeten Methoden des Tests sind Remote-Usability-Interviews, eine qualitative Nachbefragung und die Think-Aloud-Methode. Die im Anschluss ermittelten Handlungsempfehlungen stellen Lösungen zu den analysierten Schwachstellen des Usability-Tests dar.
Die Ergebnisse der Analyse zeigen Schwachstellen in der Orientierung und Unterstützung von Nutzer*innen. Sie bestätigen zudem die Wichtigkeiten dieser beiden Kriterien für die Auseinandersetzung mit einem Möbelkonfigurator. Die entwickelten Handlungsempfehlungen zeigen einige Verbesserungen der Bereiche mit geringem Umsetzungsaufwand auf.
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.
Ein tiefgreifendes Verständnis des zyklischen Plastizitätsverhaltens metallischer Werkstoffe ist sowohl für die Optimierung der Materialeigenschaften als auch für die industrielle Auslegung und Fertigung von Bauteilen von hoher Relevanz. Insbesondere moderne Legierungen wie Duplex-Stähle zeigen unter Lastumkehr aufgrund des komplexen mehrphasigen Gefüges sowie der Neigung zu verschiedenen Ausscheidungsreaktionen einen ausgeprägten Bauschinger-Effekt, welcher bei technischen Umformvorgängen berücksichtigt werden muss. Der Bauschinger-Effekt begründet sich maßgeblich in der Entstehung von Rückspannungen, welche aus dem unterschiedlichen Plastizitätsverhalten der austenitischen und ferritischen Phase resultieren. Instrumentierte Mikroindenter-Versuche in ausgewählten Ferrit- und Austenitkörnern haben gezeigt, dass austenitische Gefügebestandteile durch einen deutlich früheren Fließbeginn sowie eine stärkere Rückplastifizierung während der Entlastung charakterisiert sind. Zudem wurde nachgewiesen, dass Ausscheidungen im Rahmen einer 475°C-Versprödung diesen Phasenunterschied verstärken und somit in einem höheren Bauschinger-Effekt resultieren.
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.
Längst hat Cloud Computing Einzug in allen Bereichen der Wirtschaft und Industrie gehalten. Dennoch sehen sich Entscheidungsträger angesichts der Heterogenität des Cloudmarkts häufig ratlos mit der Entscheidung konfrontiert, welches Produkt von welchem Anbieter am besten den jeweiligen Bedürfnissen entspricht.
Zwar gibt es mittlerweile eine Vielzahl von Methoden zur Ermittlung der geeignetsten Lösung, dennoch hat sich in Fachkreisen noch kein anerkannter Standard daraus hervorgetan.
In der vorliegenden Thesis werden daher bestehende Strategieansätze analysiert, um sowohl Stärken als auch Schwächen dieser aufzuzeigen. Im Anschluss daran wird eine Möglichkeit vorgestellt, mit der zuvor aufgezeigte Schwächen der bestehenden Ansätze ausgeglichen werden können.
Die Arbeit stützt sich dabei vollständig auf die Recherche einschlägiger Fachliteratur, welche im Rahmen dieser Thesis vorgenommen wurde.
Aus der Forschung ging die Erkenntnis hervor, dass die Mehrheit der Publikationen und der darin enthaltenen Lösungen jeweils nur einen Teilbereich des Selektionsprozesses abdecken, während andere Bereiche vernachlässigt oder gar vollständig ausgelassen werden. Das eben beschriebene Phänomen betrifft vor allem die Auswahl und Aufschlüsselung der Bewertungskriterien.
Gerade auf Letzteres ging keine der untersuchten Publikationen näher ein, so blieben Fragen zur Zusammensetzung und Abgrenzung von Bewertungskriterien bei allen Methoden weitgehend unbeantwortet.
Diese Erkenntnis bildet die Grundlage für das in der Thesis erarbeitete multikriterielle Mapping Verfahren, welches eben jene Schwäche in bestehenden Ansätzen auszugleichen versucht.
Das multikriterielle Mapping bildet darüber hinaus eine Kernkomponente der Evaluationsmethodik, welche im Rahmen der Thesis ebenfalls entwickelt und als Python Anwendung implementiert wurde.
Sowohl die entwickelte ganzheitliche Methode als auch die daraus resultierende Python Anwendung verfolgen den Zweck von Beginn des Selektionsprozesses bis zu deren Abschluss ein lückenloses Vorgehen zu etablieren, welches für jedes Anwendungsszenario geeignet ist.
In dieser Arbeit wird das Verformungsverhalten und die Stabilität des Frontflügels des Formula Student Rennwagens der HS Offenburg untersucht. Die Analyse wird mittels der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt (Programm: ANSYS Workbench). In der Simulation wird das Modell mit verschiedenen statischen Kräften belastet, unter anderem die Kräfte aus dem technischen Reglement und die auftretende Abtriebskraft. Neben der Verformung werden auch verschiedene Stabilisierungsmöglichkeiten analysiert. Zusätzlich zu den Simulationsergebnissen selbst werden in dieser Arbeit der Simulationsvorbereitungsprozess sowie die Konstruktion des Frontflügels und Grundlagen der FEM beschrieben. Eine Besonderheit bildet dabei die Verwendung des ANSYS Composite PrePost um die verwendeten Verbundwerkstoffe zu untersuchen.
Das Black Forest Formula Team hat es sich nach der Neugründung im Jahre 2019 zum Ziel gemacht, mit einem eigens konstruierten Elektro-Rennwagen beim Formula Student Germany (folgend FSG genannt) Wettbewerb teilzunehmen.
Zu Beginn der Bachelorarbeit wurde bereits ein Fahrzeugrahmen konstruiert und in der Schweißwerkstatt der Hochschule Offenburg fertig geschweißt. Da bei der Konstruktion der Hauptfokus auf das Fertigstellen eines Rahmens gesetzt wurde, verfolgt diese Bachelorarbeit das Ziel, den Rahmen mittels der Finite Elemente Methode zu analysieren und erste Verbesserungsvorschläge für das Nachfolgerfahrzeug zu erarbeiten. Um sich seinen Möglichkeiten bewusst zu werden, wurde zunächst das Reglement ausgiebig studiert. Nach ausgiebiger Recherche wurde das CAD-Modell des Rahmens für die Simulation vorbereitet, folglich durch verschiedene Lasteinwirkungen simuliert und dessen Auswirkungen analysiert. Um die Simulationsergebnisse zu validieren, wurden die in der Simulation vorkommenden Lasteinwirkungen in der Realität nachgestellt und miteinander verglichen.
Für zukünftig folgende Fahrzeugrahmen werden Verbesserungs- bzw. Optimierungsmethoden erarbeitet, um vor allem das Fahrzeuggewicht zu zu reduzieren und die Steifigkeit möglichst hoch zu halten.
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.
Global energy demand is still on an increase during the last decade, with a lot of impact on the climate change due to the intensive use of conventional fossil-based fuels power plants to cover this demand. Most recently, leaders of the globe met in 2015 to come out with the Paris Agreement, stating that the countries will start to take a more responsible and effective behaviour toward the global warming and climate change issues. Many studies have discussed how the future energy system will look like with respecting the countries’ targets and limits of greenhouse gases and their CO2 emissions. However, these studies rarely discussed the industry sector in detail even though it is one of the major role players in the energy sector. Moreover, many studies have simulated and modelled the energy system with huge jumps of intervals in terms of years and environmental goals. In the first part of this study, a model will be developed for the German electrical grid with high spatial and temporal resolutions and different scenarios of it will be analysed meticulously on shorter periods (annual optimization), with different flexibilities and used technologies and degrees of innovations within each scenario. Moreover, the challenge in this research is to adequately map the diverse and different characteristics of the medium-sized industrial sector. In order to be able to take a first step in assessing the relevance of the industrial sector in Germany for climate protection goals, the industrial sector will be mapped in PyPSA-Eur (an open-source model data set of the European energy system at the level of the transmission network) by detailing the demand for different types of industry and assigning flexibilities to the industrial types. Synthetically generated load profiles of various industrial types are available. Flexibilities in the industrial sector are described by the project partner Fraunhofer IPA in the GaIN project and can be used. Using a scenario analysis, the development of the industrial sector and the use of flexibilities are then to be assessed quantitatively.
The Lattice Boltzmann Method is a useful tool to calculate fluid flow and acoustic effects at the same time. Although the acoustic perturbation is much smaller than normal pressure differences in fluid flow, this direct calculation is a great advantage of the Lattice Boltzmann Method (LBM). But each border used in calculation produces a multitude of reflections with the acoustic waves, which lead to an unusable result. Therefore, it is worked on different absorbing techniques.
In this thesis three absorbing layer techniques are described, explained and reviewed with different simulations. The absorbing layers are implemented in a basic LBM code in C++, and with this umpteen simulations within a box were performed to compare the different absorbing layers. The Doppler effect and a cylinder flow are also examined to compare the damping efficiencies.
The three studied absorbing techniques are the sponge layer, the perfectly matched layer and a force based Term II absorbing layer. The sponge layer is easy to implement but gives worse results than a calculation without any absorbing layer. The perfectly matched layer and a force based absorbing term provide very good results but the perfectly matched layer has problems with instability. The force based absorbing layer represents the best compromise between the additional computation time due the absorbing layer and the achieved damping efficiency.
Das vermutlich wichtigste Tatbestandsmerkmal der Business Judgment Rule ist das Vorliegen einer angemessenen Informationsgrundlage. Sie gilt dann als erreicht, wenn ein Geschäftsleiter vernünftigerweise annehmen darf, dass die Verbesserung einer gegebenen Informationsqualität den dafür erforderlichen Aufwand an Zeit bzw. Geld nicht rechtfertigt. Implizit wird hierbei vorausgesetzt, dass man verschiedene Ausmaße an Zeit, Geld und Informationsqualität unterscheiden kann. Für den Zeit- und Geldaufwand stimmt das auch, aber wie stuft man die Informationsqualität ab? Im Beitrag wird für prognosebezogene Informationen ein entsprechender Vorschlag gemacht.
Surface acoustic waves are propagated toward the edge of an anisotropic elastic medium (a silicon crystal), which supports leaky waves with a high degree of localization at the tip of the edge. At an angle of incidence corresponding to phase matching with this leaky wedge wave, a sharp peak in the reflection coefficient of the surface wave was found. This anomalous reflection is associated with efficient excitation of the leaky wedge wave. In laser ultrasound experiments, surface acoustic wave pulses were excited and their reflection from the edge of the sample and their partial conversion into leaky wedge wave pulses was observed by optical probe-beam deflection. The reflection scenario and the pulse shapes of the surface and wedge-localized guided waves, including the evolution of the acoustic pulse traveling along the edge, have been confirmed in detail by numerical simulations.
The applicability of characteristics of local magnetic fields for more precise determination of localization of subjects and/or objects in indoor environments, such as railway stations, airports, exhibition halls, showrooms, or shopping centers, is considered. An investigation has been carried out to find out whether and how low-cost magnetic field sensors and mobile robot platforms can be used to create maps that improve the accuracy and robustness of later navigation with smartphones or other devices.
Art of Merenya
(2021)
Der aktuell verbaute Hatz-Dieselmotors des Schluckspecht V soll durch einen leichten und effizienten Ottomotor ersetzt werden. Dieser Ottomotor wird zukünftig mit dem Alkohol Ethanol betrieben. Hierfür müssen, auch hinsichtlich des Wettbewerb-Einsatzes beim Shell Eco-marathon, einige Optimierungen durchgeführt werden.
Die hier vorliegende Master-Thesis behandelt den Aufbau und die Optimierung des Ver-suchsprüfstands, welcher für Testzwecke für den neuen Ottomotor entwickelt wurde. Im speziellen wird auf das Thema Kraftstoffsystem, welches für den Betrieb mit Ethanol aus-gelegt wird, eingegangen. Des Weiteren erfolgt die Konstruktion einer optimierten Ansaugstrecke, welche auf den Verbrennungsmotor appliziert werden soll. Hierfür werden mehrere Varianten strömungstechnisch untersucht und am Objekt getestet. Zudem soll die Verdichtung des Verbrennungsmotors durch einen optimierten Kolben erhöht und die Ventilsteuerzeiten durch eine optimierte Nockenkontur perfektioniert werden. Hierbei besteht die Aufgabe darin diese Bauteile zu besorgen und die Fertigung zu koordinieren. Eine weitere Tätigkeit ist die Aufnahme und Beseitigung von Fehlern des Versuchsprüfstands, welche einen reibungslosen Versuchsalltag verhindern bzw. erschweren. Die letzte Tätigkeit umfasst das Durchführen von experimentellen Untersuchungen des Verbrennungsmotors und das Anlegen von Kennfeldern, welche einen effizienten Motorlauf gewährleisten.
Die Grundlage meiner Masterarbeit ist die Musikvideoproduktion „Honey“ in Zusammenarbeit mit der Band Sebamana. Der vorliegende theoretische Teil der Arbeit ergänzt die Musikvideoproduktion auf wissenschaftlicher Ebene. Er soll die einzelnen Schritte einer Filmproduktion aufzeigen, vom Drehbuch bis zur Verwertung, und auf die Arbeits- und Rollenverteilung im Team eingehen.
Die verschiedenen Rollen innerhalb eines Projektes werden mit ihren jeweiligen Aufgabenbereichen vorgestellt. Dabei machen sich auch Unterschiede zwischen kleinen und großen Produktionen bemerkbar und ihre Vor- und Nachteile werden deutlich. Kommunikation und Transparenz zwischen den Departments ist die Voraussetzung für eine gute Zusammenarbeit im Team.
Bifaziale Photovoltaikmodule werden durch ihre höhere Leistung, bezogen auf den Flächenbedarf immer attraktiver. Die meisten der bislang hergestellten Photovoltaik Module sind Monofazial ausgeführtund schöpfen damit nicht ihr vollständiges Potential aus. Weiterhin bestehen die konventionell hergestelltenPhotovoltaik(PV) Module aus einem Verbund aus Glas und Kunststoff sowie verschiedenen Metallen, was die Entsorgung oder ein Recycling kostenaufwendig und kompliziert gestaltet. Die Firma Apollon greift diese Punkte auf und versucht, beides in dem NICE-Modul(Siehe Anhang 12.1)zu vereinen,nämlich ein bifaziales Modul, bei dem die PV-Zellen zwischen zwei Glasplatten, anstelle von zwei Kunststoffen eingespannt werden. Die Hochschule Offenburg ist F&E-Partner der Firma Apollon und betreibt ein kleines Labor zur Herstellung von NICE-Modulen. Zu Testzwecken werden diese der Witterung ausgesetzt und so der Energieertrag,sowie deren Lebensdauer unter geltenden Witterungsbedingungen ermittelt. In der Masterarbeit von Benjamin Smith[1]stellte sich heraus, dass sich bei den Modulen nach weniger als zwei Wochen im Freien die Klebefläche zwischen den Glasplatten löste. Somit fielen die Module beim Witterungstest unter realen Bedingungen durch.Im Anschluss an die Arbeit von Benjamin Smith besteht diese Arbeit darin,einen Außenteststand zu konzipieren und aufzubauen, um das in Zwischenzeit neu entworfene Klebe-konzept, welches einem TC 50 Test standhielt, auf die Lebensdauer im Freien und das PV Modul selbst auf den elektrischen Ertrag zu untersuchen. Für den elektrischen Ertrag werden Strom-und Spannungsverlauf aufgezeichnet. Außerdem musste für eine Charakterisierung der Module die Bestrahlungsstärke,der Temperaturverlauf, sowie die Inho-mogenität der Bestrahlungsstärke auf der Rückseite und die Windgeschwindigkeit ermittelt werden. Um eine Alterung des Modulwechselrichters auszuschließen, werden speziell dafür die Wechselspannung und Leistung auf der Ausgangsseite des Modulwechselrichters aufgezeichnet. Sämtliche modulrelevanten Messwerte werden im 3-5 s Intervall abgespeichert und sind auf einem Webserver sowie für eine spätere Datenanalyse als .csv Datei abrufbar. Somit eignet sich die Messeinrichtung lediglich für eine Bilanzierung,nicht aber für eine Leistungsmessung.
Für den Außenteststand musste eine Unterkonstruktion, geeignet für bifaziale Module entworfen und aufgebaut werden. Die Konstruktion ist vollständig aufgebaut. Das Messsystem wurde auf deren Funktion erfolgreich geprüft und steht bis auf die Strahlungsinhomogenitätsmessung im Technikum am Campus Nord der Hochschule Offenburg bereit zur Inbetriebnahme.
IoT-Plattformen stellen ein zentrales Element für die Vernetzung von physischen Objekten und die Bereitstellung deren Daten für digitale Zwillinge dar. Der Markt für solche Plattformen ist in den vergangenen Jahren stark gewachsen. Bei inzwischen über 600 Anbietern ist die Wahl der „richtigen“ Plattform für das eigene Unternehmen keine triviale Aufgabe mehr. Dieser Beitrag soll Unternehmen im Auswahlprozess unterstützen, indem gängige Funktionen von IoT-Plattformen und Kriterien für die Auswahl von IoT-Plattformen aufgezeigt werden.
Ziel des Pilotprojektes EnMa-HAW ist die Erarbeitung und Erprobung technisch und organisatorisch übertragbarer Konzepte für ein automationsgestütztes Energiemanagement an allen Hochschulen für angewandte Wissenschaften im Land Baden-Württemberg. Das Energiemanagement wird technisch mittels Messtechnik, Datenerfassung, Datenspeicherung und Visualisierung umgesetzt und organisatorisch mit einem Energiezirkel in den Hochschulen verankert.
Digital- und Medientechnik sind heute typische Bestandteile des Unterrichts. Um Lern- und Verstehensprozesse zu ermöglichen, braucht es aber vor allem das Gespräch und den Diskurs. Lernen ist ein individueller und sozialer Prozess, der nicht digital kompensiert werden kann, wenn Verstehen und nicht nur Repetition das Ziel ist. Medien und Medientechnik können Lernprozesse unterstützen, aber wir lernen im Miteinander.
Dieser Band betrachtet die beabsichtigte digitale Transformation von Schule und Unterricht aus sowohl pädagogischer wie philosophischer, aus bildungstheoretischer wie kognitionswissenschaftlicher Perspektive. Es werden praxisnah die beabsichtigte digitale Steuerung und Quantifizierung von Lernprozessen transparent gemacht und Alternativen für einen verantwortungsvollen und pädagogisch sinnvollen Einsatz von Medien- wie Digitaltechnik im Unterricht aufgezeigt. Das Ziel ist Emanzipation und Mündigkeit durch konstruktive und produktive Medienarbeit.
Cyclic micro-bending tests on fcc single crystal Ni-base Alloy 718 cantilevers with different crystal orientations were performed to analyze the influence of activated slip systems on dislocation plasticity, latent hardening and the Bauschinger effect. The investigations indicate that plasticity in single crystal micro-cantilevers is significantly influenced by two phenomena - dislocation interaction and dislocation pile-up at the neutral plane. Both phenomena occur at the same time. Their ratio seems to be determined by the activated slip systems. Slip trace analysis indicates that the activation of only one slip system leads to a strong localization of plasticity to a limited number of parallel slip bands. This results in low dislocation interaction and consequently pronounced pile-ups at the neutral plane. In multi slip orientation, the second slip system leads to activation of significantly more dislocation sources, causing a much earlier and more homogeneous elastic-plastic transition zone. In stress-strain hysteresis loops during bending, pronounced dislocation interaction in multi slip orientation leads to a more pronounced latent hardening. The results suggest that on a microstructural length scale, plasticity behavior is strongly affected by activated slip systems, which determine local dislocation phenomena. Based on the results presented in this paper, a finite element analysis of latent hardening and the Bauschinger effect using a single crystal plasticity model with latent kinematic hardening is presented in Part II.
In the last decade, deep learning models for condition monitoring of mechanical systems increasingly gained importance. Most of the previous works use data of the same domain (e.g., bearing type) or of a large amount of (labeled) samples. This approach is not valid for many real-world scenarios from industrial use-cases where only a small amount of data, often unlabeled, is available.
In this paper, we propose, evaluate, and compare a novel technique based on an intermediate domain, which creates a new representation of the features in the data and abstracts the defects of rotating elements such as bearings. The results based on an intermediate domain related to characteristic frequencies show an improved accuracy of up to 32 % on small labeled datasets compared to the current state-of-the-art in the time-frequency domain.
Furthermore, a Convolutional Neural Network (CNN) architecture is proposed for transfer learning. We also propose and evaluate a new approach for transfer learning, which we call Layered Maximum Mean Discrepancy (LMMD). This approach is based on the Maximum Mean Discrepancy (MMD) but extends it by considering the special characteristics of the proposed intermediate domain. The presented approach outperforms the traditional combination of Hilbert–Huang Transform (HHT) and S-Transform with MMD on all datasets for unsupervised as well as for semi-supervised learning. In most of our test cases, it also outperforms other state-of-the-art techniques.
This approach is capable of using different types of bearings in the source and target domain under a wide variation of the rotation speed.
Marken müssen sich der Herausforderung stellen, in einem immer stärker werdenden Wettbewerb mit wachsender Informationsflut den Kunden mit Werbebotschaften erreichen zu können. Hinzukommt die zunehmende Relevanz der Integration von Social Media in die Unternehmenskommunikation. Da jedoch gerade die sozialen Medien von einer großen Informationsflut betroffen sind, ist es notwendig, aus der Masse herauszuragen. An dieser Stelle sollen die Erkenntnisse des Neuromarketing Abhilfe schaffen, um sich durch eine gehirngerechte Kommunikation in den Köpfen der Zielgruppe zu verankern.
Neurobiologische Grundlagen konnten zunächst zeigen, dass 95 Prozent aller Werbebotschaften unbewusst wahrgenommen werden und der Autopilot daher eine zentrale Rolle in der Markenkommunikation spielt. Das Neuromarketing mit seinen Methoden versucht dementsprechend eine implizite Wirkung zu entfalten, indem Bedeutungsträger an die für bestimmte Zielgruppen, je nach Ausprägung des Emotions- und Motivsystems, relevanten Motive anschließen. Auf diese Weise kann sich ein einzigartiges neuronales Markennetzwerk im Gehirn der Konsumenten verankern, was eine starke Marke ausmacht.
Dieses Wissen gilt es in die Social Branding Praxis zu integrieren, indem die vier Codes der Markenkommunikation entsprechend angewandt werden. Somit können Konsumenten nachhaltig und effizient in sozialen Netzwerken erreicht werden.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein Radträger für ein Leichtbaufahrzeug entwickelt werden. Dieser soll ein niedriges Gewicht sowie eine hohe Steifigkeit aufweisen und fertigbar sein.
Dabei wird über einen iterativen Prozess aus Simulation, Topologieoptimierung und Neukonstruktion ein neues Radträgerdesign entwickelt.
Zu Beginn der Arbeit wird auf die wissenschaftlichen Grundlagen eingegangen. Dabei spielen vor allem das Thema Leichtbau sowie die finite Elemente Methode eine Rolle. Es wird auf Prinzipien der Konstruktion eingegangen, um das Bauteil fertigungsgerecht und auch effizient zu gestalten.
Im nächsten Kapitel wird der aktuelle Stand der Technik genauer untersucht. Hierbei wird der Entwicklungsprozess der aktuellen Radträger-Varianten untersucht und diese mittels FEM nachgerechnet. Zuvor werden noch die für die Simulation benötigten wirkenden Kräfte berechnet und Plausibilitätstests durchgeführt, bei denen Computersimulationen mit realen Messwerten auf deren Richtigkeit überprüft werden.
In den letzten Kapiteln geht es um die Entwicklung des Radträgers. Hier werden einige Konzepte entwickelt und mittels FEM-Simulationen getestet. Durch den Einsatz von Topologieoptimierungen wird versucht, das Gewicht des Radträgers bei gleichbleibender Steifigkeit zu senken.
Bereichsübergreifender Einsatz von JavaScript – Aktueller Stand und exemplarische Implementierung
(2021)
Nahezu alle Websites nutzen die Programmiersprache JavaScript zur Darstellung von interaktiven Inhalten und zur Bereitstellung von komplexen Funktionalitäten. Seit ihren Anfängen im Jahr 1995 hat sich die Sprache nicht nur zum Standard in der Webentwicklung etabliert, sondern auch zu einer leistungsfähigen Mehrzweckprogrammiersprache weiterentwickelt.
Diese Arbeit befasst sich mit einer ausführlichen Darstellung der aktuellen Möglichkeiten, welche Ansätze sich durch die Weiterentwicklung JavaScripts zu einer Mehrzweckprogrammiersprache ergeben und wie sich diese heute umsetzen lassen. Anhand des intelligenten Schlüsselkastens „Smart Vault“ wird verdeutlicht, wie dieses Vorgehen praktisch realisiert und die Vorteile einer einzigen Programmiersprache angewendet werden können.
Es hat sich herausgestellt, dass sich JavaScript für Anwendungen unterschiedlicher Bereiche einsetzen lässt und darüber hinaus ein hohes Potenzial für weitere Entwicklungen, Verbesserungen und zusätzliche Einsatzgebiete besitzt. Es lassen sich nicht nur Websites, Web Server und Desktop Apps, sondern auch Mikrocontroller im Internet of Things konfigurieren und miteinander nutzen, ohne eine weitere Programmiersprache zu benötigen. Zahlreiche Bibliotheken und Frameworks machen es möglich, dass die Sprache verschiedene Anwendungen über ihre Einsatzgebiete hinweg miteinander verbindet.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf den Bewegtbildstrategien von Tageszeitungen in Baden-Württemberg. Es sollte aufgezeigt werden welche strategischen Vorgehensweisen die Lokalzeitungen in Baden-Württemberg verwenden und wie sie diese Umsetzen. Weiter sollten Faktoren extrahiert werden, die als erfolgskritisch angenommen werden können. Herausgefunden wurde, dass alle befragten Zeitungsverlage eine konvergenzinduzierte Cross-Media-Strategie verfolgen, in der die Diversifikation vertikal verläuft. Das heißt die Zeitungen sind meist selbst Produzent des Bewegtbilds und nutzen die wechselseitigen Synergieeffekte der redaktionellen Kompetenzen und multimedialen Distributionskanäle. Weiter kann festgestellt werden, dass Im Bereich Bewegtbild Ansätze einer Nischen- oder Fokusstrategie zu erkennen sind.
Als Erfolgsfaktoren können vor allem die lokale Kompetenz, die Format- und Themenwahl von Videos sowie die Redaktionsorganisation, die stark mit der Nutzung von Synergieeffekten zusammenhängt, angenommen werden.
Die Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VKB) im Knie ist eine häufige, schwerwiegende und mit hohen Kosten verbundene Verletzung im Sport. Eine erfolgreiche Rehabilitation und Rückkehr in den Wettkampfsport ist trotz zahlreicher wissenschaftlicher Erkenntnisse schwierig. Um das Wiederverletzungsrisiko zu minimieren und den optimalen Zeitpunkt für ein Back To Sport (BTS) zu definieren, werden in der Literatur sehr umfangreiche Assessments vorgegeben, die hohe Anforderungen an Gerätschaften, Geld und Zeit stellen. Durch ein bereitgestelltes Lasersystem für den Olympiastützpunkt (OSP) Freiburg-Schwarzwald wurde überprüft, ob ein einziger funktioneller Test mit dem Lasersystem ein BTS-Assessment ersetzen kann. Dafür wurde eine kleine Studie mit 10 Kreuzbandpatienten durchgeführt. Die Studienteilnehmer wurden durch ein umfangreiches Assessment geführt, wie sie aus aktuellen Studien vorgegeben wird, und absolvierten einen funktionellen Sprungtest mit dem Lasersystem. Um Zusammenhänge der Sprungtest- und der Assessmentergebnisse festzustellen, wurde eine Korrelationsanalyse durchgeführt. Diese zeigte, dass einzelne Tests aus dem Assessment signifikante Zusammenhänge mit den Ergebnissen des Sprungtests hatten. Zukünftig könnte man in Erwägung ziehen, diese zu ersetzen.
Disruptive innovations can solve major global challenges. However, the system in Germany does not sufficiently favor the development of such innovations. The disruptive output of leading nations like the United States puts increasing pressure on Germany’s innovation leadership. The German innovation agency SPRIND was founded in 2019 and is a suitable instrument to promote disruptive innovations. The SPRIND itself cites the American innovation agency DARPA, which has been promoting disruptive innovations since 1958, a role model. Therefore, the aim of this paper is to conduct a comparative analysis of DARPA and SPRIND. To answer the research question, secondary sources were used. In addition, two expert interviews were conducted with employees of SPRIND. The result of this paper is a systematic comparison that identifies the key differences and similarities between the two agencies. SPRIND is based on DARPA in key success factors, such as the person-centered approach, funding instruments or risk management. However, compared to DARPA, SPRIND has a major disadvantage; namely several administrative hurdles which inhibit agile action.
There is a strong interaction between the urban atmospheric canopy layer and the building energy balance. The urban atmospheric conditions affect the heat transfer through exterior walls, the long-wave heat transfer between the building surfaces and the surroundings, the short-wave solar heat gains, and the heat transport by ventilation. Considering also the internal heat gains and the heat capacity of the building structure, the energy demand for heating and cooling and the indoor thermal environment can be calculated based on the urban microclimatic conditions. According to the building energy concept, the energy demand results in an (anthropogenic) waste heat; this is directly transferred to the urban environment. Furthermore, the indoor temperature is re-coupled via the building envelope to the urban environment and affects indirectly the urban microclimate with a temporally lagged and damped temperature fluctuation. We developed a holistic building model for the combined calculation of indoor climate and energy demand based on an analytic solution of Fourier's equation and implemented this model into the PALM model.
Datenanalysen gibt es schon immer, auch wenn statistische Verfahren, Optimierungsmodelle, Regressionsanalysen oder Zeitreihenmodelle in allen möglichen Publikationen neu aufbereitet und unter dem Titel Business Analytics verkauft werden. Der entscheidende Unterschied liegt jedoch darin, dass heute größere und vor allem andere Datenmengen sowie leistungsfähigere Verarbeitungs- und Speicherkapazitäten zur Verfügung stehen, die zusammen mit bestehenden und neu entwickelten Methoden erhebliche Einsichten ermöglichen. Erfolgversprechend sind Ansätze, die eine komplette Einbettung von Business Analytics in den strategischen Managementprozess garantieren und die optimale Ausschöpfung operationaler Exzellenz über ein Alignment ermöglichen. Die funktionale Perspektive bildet hier das Marketing mit einer konkreten Betrachtung der Kundenloyalität und deren Profitabilität. Dieser Zusammenhang wird über ein Monte-Carlo Simulationsmodell hergestellt. Das darf aber nicht darüber hinwegtäuschen, dass die Breite und die Tiefe der Methoden erheblich sind, vermehrt zu Spezialisierungen führen und andere Analyse-Optionen zur Wahl stehen. Letztendlich müsste es aber deutlich werden, dass das Thema Business Analytics technologische, Domain-spezifische, methodologische und methodische Kenntnisse erfordert, die selten nur durch eine Person erbracht werden können.
Um die im Pariser Klimaschutzabkommen vereinbarte Begrenzung der Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, muss die Energiewende deutlich stärker vorangetrieben werden als bisher. Das Schaufenster C/sells in der größten der SINTEG-Modellregionen hat sich dieser Herausforderung gestellt. Über vier Jahre haben 56 Partner aus Energiewirtschaft, Wissenschaft und Politik in Baden-Württemberg, Bayern und Hessen daran gearbeitet, ein zelluläres Energiesystem zu etablieren. Sie haben Musterlösungen für eine erfolgreiche Energiewende entwickelt. In mehr als 30 Demonstrationszellen sowie in neun Partizipationszellen, den sogenannten C/sells-Citys, wurde demonstriert, wie ein Informationssystem die intelligente Organisation von Stromversorgungsnetzen und den regionalisierten Handel mit Energie und Flexibilitäten ermöglicht.
Campus 2021
(2021)
Objective: To quantify the effect of inhaled 5% carbon-dioxide/95% oxygen on EEG recordings from patients in non-convulsive status epilepticus (NCSE).
Methods: Five children of mixed aetiology in NCSE were given high flow of inhaled carbogen (5% carbon dioxide/95% oxygen) using a face mask for maximum 120s. EEG was recorded concurrently in all patients. The effects of inhaled carbogen on patient EEG recordings were investigated using band-power, functional connectivity and graph theory measures. Carbogen effect was quantified by measuring effect size (Cohen's d) between "before", "during" and "after" carbogen delivery states.
Results: Carbogen's apparent effect on EEG band-power and network metrics across all patients for "before-during" and "before-after" inhalation comparisons was inconsistent across the five patients.
Conclusion: The changes in different measures suggest a potentially non-homogeneous effect of carbogen on the patients' EEG. Different aetiology and duration of the inhalation may underlie these non-homogeneous effects. Tuning the carbogen parameters (such as ratio between CO2 and O2, duration of inhalation) on a personalised basis may improve seizure suppression in future.
Chancen und Risiken der Digitalisierung - Fallstudie Medientechnik - Brennweite dünner Linsen
(2021)
Diese Bachelorarbeit thematisiert die Chancen und Risiken der Digitalisierung von Lerninhalten. Hierfür sind zwei Laborversuche als Videoprojekt umgesetzt worden. Um diese Umsetzung sinnvoll zu gestalten, wird auf die allgemeinen didaktischen, digitalen, versuchs-theoretischen und video- technischen Hintergründe eingegangen. Die Didaktik in dieser Arbeit umfasst eine kurze geschichtliche Einbettung und eine anschließende Auseinandersetzung mit den didaktischen Modellen, die bei der Erstellung digitaler Inhalte von Bedeutung sind. Der Teil der Digitalisierung gibt zuerst einen allgemeinen Überblick über die Digitalisierung in Deutschland, um die aktuelle Lage zu betrachten. Anschließend werden diverse relevante digitale Formate thematisiert, mit welchen Lerninhalte vermittelt werden können. Der Abschluss des Themenfeldes bildet eine allgemeine Zusammenfassung der Chancen und Risiken, welche durch die Digitalisierung im akademischen Bereich entstehen können. Da sich die beiden Laborversuche mit dem Thema von Abbildungen durch Linsen beschäftigen und damit optische Versuche sind. Wird in dieser Abschlussarbeit auf optische Grundlagen eingegangen, die für die Versuchsdurchführung und Dokumentation relevant sind. Den Abschluss dieser Bachelorarbeit bilden die Durchführung des Videoprojekts und die damit verbundenen theoretischen Grundlagen.
The manufacturing of conventional electronics has become a highly complicated process, which requires intensive investment. In this context, printed electronics keeps attracting attention from both academia and industry. The primary reason is the simplification of the manufacturing process via additive printing technology such as ink-jet printing. Consequently, advantages are realized such as on-demand fabrication, minimal material waste and versatile choice of substrate materials. Central to the development of printed electronic circuits are printed transistors. Recently, metal oxide semiconductors such as indium oxide have become promising materials for the fabrication of printed transistors due to their high charge mobility. Furthermore, electrolyte-gating also provides benefits such as the low-voltage operation in sub-1 V regime due to the large gate capacitance provided by electrical double layers. This opens new possibilities to fabricate printed devices and circuits for niche applications.
To facilitate the design and fabrication of printed circuits, the development of compact models is necessary. However, most of the current works have focused on the study of the static behavior of transistors, while the in-depth understanding of other characteristics such as the dynamic or noise behavior is missing. To this end, the purpose of this work is the comprehensive study on capacitance and noise properties of inkjet-printed electrolyte-gated thin-film transistors (EGT) based on indium oxide semiconductors. Proper modeling approaches are also proposed to capture accurately the electrical behaviour, which can be further utilized to enable advanced analysis of digital, analog and mixed-signal circuits.
In this work, the capacitance of EGTs is characterized using voltage-dependent impedance spectroscopy. Intrinsic and extrinsic effects are carefully separated by using de-embedding test structures. Also, a dedicated equivalent circuit model is established to offer accurate simulations of the measured frequency response of the gate impedance. Based on that, it is revealed that top-gated EGTs have the potential to reach operation frequency in the kHz regime with proper optimizations of materials and printing process. Furthermore, a Meyer-like model is proposed to accurately capture the capacitance-voltage characteristics of the lumped terminal capacitance. Both parasitic and nonquasi-static effects are considered. This further enables the AC and transient analysis of complex circuits in circuit simulators.
Following, the study of noise properties in the field of printed electronics is conducted. Low-frequency noise of EGTs is characterized using a reliable experimental setup. By examining measured noise spectra of the drain current at various gate voltages, the number fluctuation with correlated mobility fluctuation has been determined as the primary noise mechanism. Based on that, normalized flat-band voltage noise can be determined as the key performance metrics, which is only 1.08 × 10−7 V^2 µm^2, significantly lower in comparison with other thin-film technologies, which are based on dielectric gating and semiconductors such as IZO and IGZO. A plausible reason could be the large gate capacitance offered by the electrical double layers. This renders EGT technology useful for low-noise and sensitive applications such as sensor periphery circuits.
Last but not least, various circuit designs based on EGT technology are proposed, including basic digital circuits such as inverters and ring oscillators. Their performance metrics such as the propagation delay and power consumption are extensively characterized. Also, the first design of a printed full-wave rectifier is presented by using diode-connected EGTs, which features near-zero threshold voltage. As a consequence, the presented rectifier can effectively process input voltage with a small amplitude of 100 mV and a cut-off frequency of 300 Hz, which is particularly attractive for the application domain of energy harvesting. Additionally, the previously established capacitance models are verified on those circuits, which provide a satisfactory agreement between the simulation and measurement data.
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.
The aim of this essay is to give a systematic review of the literature. Climate change is omnipresent and manifests itself in a steady increase in global warming. This trend was triggered as a reaction to increasing emissions in the course of industrialization. Climate finance is generally understood to be the provision of public, private, and alternative sources of finance that represent measures to mitigate and adapt to climate change. Significant commitments to support developing countries by developed countries have been manifested in the UNFCC climate framework and the Paris Climate Agreement. Funding from public and private sources increased to a total of $540 billion in 2019. Whether multilateral or bilateral, the largest share is provided in the form of loans to the target countries.
Generative adversarial networks (GANs) provide state-of-the-art results in image generation. However, despite being so powerful, they still remain very challenging to train. This is in particular caused by their highly non-convex optimization space leading to a number of instabilities. Among them, mode collapse stands out as one of the most daunting ones. This undesirable event occurs when the model can only fit a few modes of the data distribution, while ignoring the majority of them. In this work, we combat mode collapse using second-order gradient information. To do so, we analyse the loss surface through its Hessian eigenvalues, and show that mode collapse is related to the convergence towards sharp minima. In particular, we observe how the eigenvalues of the are directly correlated with the occurrence of mode collapse. Finally, motivated by these findings, we design a new optimization algorithm called nudged-Adam (NuGAN) that uses spectral information to overcome mode collapse, leading to empirically more stable convergence properties.
Transformer models have recently attracted much interest from computer vision researchers and have since been successfully employed for several problems traditionally addressed with convolutional neural networks. At the same time, image synthesis using generative adversarial networks (GANs) has drastically improved over the last few years. The recently proposed TransGAN is the first GAN using only transformer-based architectures and achieves competitive results when compared to convolutional GANs. However, since transformers are data-hungry architectures, TransGAN requires data augmentation, an auxiliary super-resolution task during training, and a masking prior to guide the self-attention mechanism. In this paper, we study the combination of a transformer-based generator and convolutional discriminator and successfully remove the need of the aforementioned required design choices. We evaluate our approach by conducting a benchmark of well-known CNN discriminators, ablate the size of the transformer-based generator, and show that combining both architectural elements into a hybrid model leads to better results. Furthermore, we investigate the frequency spectrum properties of generated images and observe that our model retains the benefits of an attention based generator.
This paper shows the results of an in-depth techno-economic analysis of the public transport sector in a small to midsize city and its surrounding area. Public battery-electric and hydrogen fuel cell buses are comparatively evaluated by means of a total cost of ownership (TCO) model building on historical data and a projection of market prices. Additionally, a structural analysis of the public transport system of a specific city is performed, assessing best fitting bus lines for the use of electric or hydrogen busses, which is supported by a brief acceptance evaluation of the local citizens. The TCO results for electric buses show a strong cost decrease until the year 2030, reaching 23.5% lower TCOs compared to the conventional diesel bus. The optimal electric bus charging system will be the opportunity (pantograph) charging infrastructure. However, the opportunity charging method is applicable under the assumption that several buses share the same station and there is a “hotspot” where as many as possible bus lines converge. In the case of electric buses for the year 2020, the parameter which influenced the most on the TCO was the battery cost, opposite to the year 2030 in where the bus body cost and fuel cost parameters are the ones that dominate the TCO, due to the learning rate of the batteries. For H2 buses, finding a hotspot is not crucial because they have a similar range to the diesel ones as well as a similar refueling time. H2 buses until 2030 still have 15.4% higher TCO than the diesel bus system. Considering the benefits of a hypothetical scaling-up effect of hydrogen infrastructures in the region, the hydrogen cost could drop to 5 €/kg. In this case, the overall TCO of the hydrogen solution would drop to a slightly lower TCO than the diesel solution in 2030. Therefore, hydrogen buses can be competitive in small to midsize cities, even with limited routes. For hydrogen buses, the bus body and fuel cost make up a large part of the TCO. Reducing the fuel cost will be an important aspect to reduce the total TCO of the hydrogen bus.
Considering the literature for aqueous rechargeable Zn//MnO2 batteries with acidic electrolytes using the doctor blade coating of the active material (AM), carbon black (CB), and binder polymer (BP) for the positive electrode fabrication, different binder types with (non-)aqueous solvents were introduced so far. Furthermore, in most of the cases, relatively high passive material (CB+BP) shares ~30 wt% were applied. The first part of this work focuses on different selected BPs: polyacrylonitrile (PAN), carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), cellulose acetate (CA), and nitrile butadiene rubber (NBR). They were used together with (non-)aqueous solvents: DI-water, methyl ethyl ketone (MEK), and dimethyl sulfoxide (DMSO). By performing mechanical, electrochemical and optical characterizations, a better overall performance of the BPs using aqueous solvents was found in aqueous 2 M ZnSO4 + 0.1 M MnSO4 electrolyte (i.e., BP LA133: 150 mAh·g−1 and 189 mWh·g−1 @ 160 mA·g−1). The second part focuses on the mixing ratio of the electrode components, aiming at the decrease of the commonly used passive material share of ~30 wt% for an industrial-oriented electrode fabrication, while still maintaining the electrochemical performance. Here, the absolute CB share and the CB/BP ratio are found to be important parameters for an application-oriented electrode fabrication (i.e., high energy/power applications).
As a reaction to the increasing market dynamics and complex requirements, today’s products need to be developed quickly and customized to the customer’s individual needs. In the past, CAD systems are mainly used to visualize the model that the product designer creates. Generative Design shifts the task of the CAD program by actively participating in the shaping process. This results in more design options and the complexity of the shapes and geometries increases significantly. This potential can be optimally exploited through the combination of Generative Design with Additive Manufacturing (AM). Artificial intelligence and the input of target parameters generate geometries, for example, by creating material for stressed areas, which in turn develops biomorphic shapes and thus significantly reduces the consumption of resources. This contribution aims at the evaluation of existing applications in CAD systems for generative design. Special attention is paid to the requirements in design education and easy access for students. For this purpose, three representative CAD systems are selected and analyzed with the help of a comprehensive example of mass reduction. The aim is to perform an individual result analysis in order to assess the application based on various criteria. By using different materials, the influence of the material for the generation is investigated by comparing the material distribution. By comparing the generated models, differences of the CAD systems can be identified and possible fields of application can be presented. By specifying the manufacturing parameters for the generation of the models, the feasibility of AM can be guaranteed without having to modify the results. The physical implementation of the example by means of Fused Deposition Modeling demonstrates this in an exemplary way and examines the interface of the Generative Design and AM. The results of this contribution will enable an evaluation of the different CAD systems for Generative Design according to technical, visual and economic aspects.
Printed electronics, due to its manufacturability using printing technology, allows for fabrication on large areas and the usage of flexible substrates and thus enables novel applications. Non-impact printing technology, such as inkjet-printing, permits for flexible, decentralized manufacturing of electronic devices and systems. This further facilitates split-manufacturing in security-critical electrical components, as well as a maximum in design flexibility in terms of free form factors and non-standardized structures with different geometrical sizes, reaching from a few micrometers up to several millimeters.
Based on the technological benefits printed electronics offers, it provides an interesting counterpart to classical silicon-based electronics, which is usually densely integrated on miniaturized, rigid areas. By utilizing both technologies in a complementary manner, novel systems in the form of hybrid systems can be enabled. Whilst hybrid systems, incorporating passive printed components and electrically conductive wiring concepts, are already commercialized, complex printed systems, which also utilize active components remain rare. To enable more complex (hybrid) systems, various building blocks are required. This includes possibilities for lightweight, printed data storage, the capability to provide sustainable, self-powered printed components and especially circuits for secure, unique identification for holistic printed systems, deployed in the internet of things.
The presented thesis focuses on inkjet-printed electronic devices, circuits and hybrid systems. It investigates solutions for current scientific questions in the area of efficient data storage, sustainable electronics and hardware-based security in printed electronics.
For data storage, an inkjet-printed memristor is developed. The device is fully electrically evaluated with a focus on its data storage capabilities. Furthermore, the printed device is of special interest due to its easy manufacturability and integration capabilities. The experimental analysis reveals that the developed memristor is highly suitable as lightweight non-volatile memory device.
In order to enable sustainable electronic systems, an inkjet-printed full-wave rectifier based on near-zero threshold voltage electrolyte-gated transistors is developed and fully electrically characterized. The circuit is capable for small alternating voltage rectification of low-frequency vibration energy harvesters in the sub-volt region. This provides an important building block in enabling sustainable, self-powered electronic systems. The inkjet-printed full-wave rectifier is evaluated by electrical simulation and experimentally.
To tackle hardware-based security for printed electronics, two implementations for inkjet-printed physically unclonable functions are developed and presented. For unique identification, intrinsic variation in active printed devices are exploited. One implementation is based on a crossbar architecture, incorporating integrable electrolyte-gated transistor cells. The second implementation, the so-called differential circuit physically unclonable function, is based on inverter structures, which provide the basis for unique response generation. Both physically unclonable functions are evaluated using an electrical simulation-based approach and experimentally. The differential circuit approach is furthermore fully integrated within a silicon-based electronic platform environment and serves as intrinsic variation source in a hybrid system. The hybrid system physically unclonable function is fully verified regarding performance metrics and is capable to generate highly unique responses for secure identification.
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.
The three lines of defense model (TLoD) aims to provide a simple and effective way to improve coordination and enhance communications on risk management and control by clarifying the essential roles and duties of different governance functions. Without effective coordination of these governance functions, work can be duplicated or key risks may be missed or misjudged. To address these challenges, professional standards recommend that the chief audit executive (CAE) coordinates activities with other internal and external governance stakeholders (assurance providers). We consider survey responses from 415 CAEs from Austria, Germany, and Switzerland to analyze determinants that help to implement the TLoD without any challenges and to explore the extent of (coordination) challenges between the internal audit function and the respective governance stakeholders. Our results show a great variance in the extent of coordination challenges dependent on different determinants and the respective governance stakeholder.
Die Corona-Pandemie stellte nicht nur die Gesellschaft und Politik, sondern viele Organisationen aus dem Feld der Unternehmen, der Kultur und des Bildungswesens vor neue Herausforderungen. Branchenunabhängig wurde deutlich, wo etwa im Bereich der digitalen Transformation Nachholbedarf besteht. Dies erfordert von den Verantwortlichen ein klares Transformationsmanagement, das neben dem Krisen- und Risikomanagement unterschiedliche Elemente aus der Organisationsentwicklung und dem Changemanagement kombiniert und in ein Managementsystem integriert.
Synthesizing voice with the help of machine learning techniques has made rapid progress over the last years [1]. Given the current increase in using conferencing tools for online teaching, we question just how easy (i.e. needed data, hardware, skill set) it would be to create a convincing voice fake. We analyse how much training data a participant (e.g. a student) would actually need to fake another participants voice (e.g. a professor). We provide an analysis of the existing state of the art in creating voice deep fakes and align the identified as well as our own optimization techniques in the context of two different voice data sets. A user study with more than 100 participants shows how difficult it is to identify real and fake voice (on avg. only 37 percent can recognize a professor’s fake voice). From a longer-term societal perspective such voice deep fakes may lead to a disbelief by default.
This book constitutes the refereed proceedings of the 21st International TRIZ Future Conference on Automated Invention for Smart Industries, TFC 2021, held virtually in September 2021 and sponsored by IFIP WG 5.4.
The 28 full papers and 8 short papers presented were carefully reviewed and selected from 48 submissions. They are organized in the following thematic sections: inventiveness and TRIZ for sustainable development; TRIZ, intellectual property and smart technologies; TRIZ: expansion in breadth and depth; TRIZ, data processing and artificial intelligence; and TRIZ use and divulgation for engineering design and beyond.
Chapter ‘Domain Analysis with TRIZ to Define an Effective “Design for Excellence’ is available open access under a Creative Commons Attribution 4.0 International License via link.springer.com.
It seems to be a widespread impression that the use of strong cryptography inevitably imposes a prohibitive burden on industrial communication systems, at least inasmuch as real-time requirements in cyclic fieldbus communications are concerned. AES-GCM is a leading cryptographic algorithm for authenticated encryption, which protects data against disclosure and manipulations. We study the use of both hardware and software-based implementations of AES-GCM. By simulations as well as measurements on an FPGA-based prototype setup we gain and substantiate an important insight: for devices with a 100 Mbps full-duplex link, a single low-footprint AES-GCM hardware engine can deterministically cope with the worst-case computational load, i.e., even if the device maintains a maximum number of cyclic communication relations with individual cryptographic keys. Our results show that hardware support for AES-GCM in industrial fieldbus components may actually be very lightweight.
Emotionen sind Teil jedes menschlichen Wesens: Sie begleiten Konsumenten und Konsumentinnen durch alle Alltagssituationen – auch und insbesondere bei Kaufentscheidungen. Jedoch war es bisher nur bedingt möglich, diese Emotionen im Dialogmarketing genau zu erfassen und zu interpretieren. Die innovative Customer Experience Tracking Methode der Hochschule Offenburg ermöglicht eine verzerrungsreduzierte Messung und Auswertung von Kundenemotionen, die vor, während und nach der Benutzerinteraktion mit Dialogmarketingaktivitäten auftreten. Aus den im Labor oder im Feld gewonnenen Untersuchungsergebnissen lassen sich konkrete Handlungsempfehlungen ableiten, um Dialogmarketingangebote im Offline-, Online- oder crossmedialen Bereich optimal auf die Bedürfnisse und Erwartungen der Kunden und Kundinnen auszurichten.
As one result of the digital transformation in the automotive industry, new digital business models comprising software-based solutions are demanded by OEMs. To adequately meet these new requirements, automotive suppliers implement interdisciplinary roles – called Customer Solution Designers. However, due to the novelty, the Customer Solution Design research field is not yet well developed, neither in theory nor in practice. Besides giving an overview of the current state of the Customer Solution Design research field, the core of this paper is two-fold: Based on the conduction of 14 guided expert interviews with selected experts of a large German automotive supplier, we establish a uniform understanding of the Customer Solution Design role by using the Role Model Canvas (I). In addition, a case study strategy comprising two software-based projects, which are executed by a large German automotive supplier, is used to derive a common approach for Customer Solution Design in the context of an agile business framework (II).
The work focuses on predictive capabilities of fundamental cyclic plasticity and fatigue life models, which can be calibrated using limited amount of experiments as specific ones needed for more advanced models are often absent. The analyses are conducted for the synthetic case of exhaust manifold made from cast iron. The thermal boundary conditions from the forced convection were obtained from the computational fluid dynamics considered as a conjugate heat transfer problem. Two rate-independent and temperature-dependent material models were calibrated for structural analyses. Both were validated with experiments on isothermal and anisothermal levels. Sequential thermal–mechanical finite element simulations were performed. Two fatigue life models were employed. The first was a temperature-dependent strain-based fatigue life criterion calibrated from uniaxial data. The second was a temperature-independent energy-based fatigue life criterion resulting in twice lower life than the strain-based criterion, while none of the plasticity models made a significant difference in that prediction.
Über zwei Jahrzehnte hat sich an der Hochschule Offenburg eine Forschungsgruppe etabliert, die die beiden Bereiche Gebäudeautomation und nachhaltige Energietechnik zusammenführte. Anfangs ging es darum, Potentiale der internetbasierten Wetterprognostik und modell-basierten Anlagensteuerung für die Verbesserung des Komforts und der Energieeffizienz im Gebäude zu nutzen. Im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit Einsatz von dynamischen Gebäudesimulationen konnte ein Algorithmus gefunden werden, der es ermöglichte auf Basis von prognostizierter Außentemperatur und Sonneneinstrahlung den Energiebedarf eines Bürogebäudes für den Folgetag vorherzusagen. In Verbindung mit der Gebäudeautomation entstand so die adaptive und prädiktive TABS-Steuerung AMLR.
Sowohl die Entwicklung neuer als auch die Weiterentwicklung bestehender Quartiere sind mit vielfältigen Herausforderungen verbunden. Durch weitere Klimaschutzmaßnahmen und ein zunehmendes Umweltbewusstsein steigen die energetischen Anforderungen an Wohn- und Gewerbeimmobilien. Die besonders für Deutschland ungünstige demografische Entwicklung bedingt eine weiter zunehmende Urbanisierung, bedingt durch Migration und Zuzug älterer Menschen in Städte, die künftig noch mehr altersgerechte Wohnungen und Pflegeeinrichtungen etablieren müssen. Hinzu kommen die steigenden Anforderungen aus der digitalen Transformation und einer Informationsgesellschaft, die sich mit Konnektivität, Schnelllebigkeit, Individualisierungstendenzen und veränderten Konsumgewohnheiten auseinandersetzen muss.
Data Science
(2021)
Know-how für Data Scientists
• Übersichtliche und anwendungsbezogene Einführung
• Zahlreiche Anwendungsfälle und Praxisbeispiele aus unterschiedlichen Branchen
• Potenziale, aber auch mögliche Fallstricke werden aufgezeigt
Data Science steht derzeit wie kein anderer Begriff für die Auswertung großer Datenmengen mit analytischen Konzepten des Machine Learning oder der künstlichen Intelligenz. Nach der bewussten Wahrnehmung der Big Data und dabei insbesondere der Verfügbarmachung in Unternehmen sind Technologien und Methoden zur Auswertung dort gefordert, wo klassische Businss Intelligence an ihre Grenzen stößt.
Dieses Buch bietet eine umfassende Einführung in Data Science und deren praktische Relevanz für Unternehmen. Dabei wird auch die Integration von Data Science in ein bereits bestehendes Business-Intelligence-Ökosystem thematisiert. In verschiedenen Beiträgen werden sowohl Aufgabenfelder und Methoden als auch Rollen- und Organisationsmodelle erläutert, die im Zusammenspiel mit Konzepten und Architekturen auf Data Science wirken.
Diese 2., überarbeitete Auflage wurde um neue Themen wie Feature Selection und Deep Reinforcement Learning sowie eine neue Fallstudie erweitert.