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Open Access
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Learning to Walk With Toes
(2020)
This paper explains how a model-free (with respect to the robot model and the behavior to learn) approach can facilitate learning to walk from scratch. It is applied to a simulated Nao robot with toes. Results show an improvement of 30% in speed compared to a model without toes and also compared to our model-based approach, but with less stability.
Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften einer Rohrleitung, insbesondere der Position eines Abzweigs einer Abwasserrohrleitung,(a) bei dem ein Schallwellensendesignal (S, S') an einem vorgegebenen Einspeisepunkt in die Rohrleitung (1) eingespeist wird und sich in axialer Richtung der Rohrleitung (1) ausbreitet,(b) wobei das Frequenzspektrum des Schallwellensendesignals (S, S') eine Frequenzkomponente oder einen Spektralbereich aufweist, dessen maximale Frequenz kleiner ist als die untere Grenzfrequenz (f) für die erste Obermode,(c) bei dem innerhalb der Rohrleitung (1) reflektierte Anteile (S, S, S, S', S', S') des Schallwellensendesignals (S, S') als Schallwellenempfangssignal (E, E') detektiert werden, und(d) bei dem die Rohrleitung (1) durch eine Auswertung des Schallwellenempfangssignal (E, E') in Bezug auf das Schallwellensendesignal (S, S') hinsichtlich des Vorhandenseins von Schallwellenreflexionen (S, S, S, S', S', S') verursachenden Reflexionsorten entlang der Rohrleitung (1) untersucht wird,(e) wobei mittels der Auswertung des Schallwellenempfangssignals (E, E') zumindest jeweils der Abstand (I) eines Reflexionsortes von dem Einspeisepunkt bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,(f) dass die Schallgeschwindigkeit (c) der Grundmode bei der aktuellen Temperatur innerhalb der Rohrleitung (1) unter Verwendung eines Schallwellenmesssignals ermittelt wird, welches eine Frequenz oder ein Frequenzspektrum aufweist, bei dem das Schallwellenmesssignal innerhalb der Rohrleitung (1) mit ausreichender Genauigkeit als ebene Schallwelle behandelt werden kann, wobei hierzu die Laufzeiten des Schallwellenmesssignals über eine vorbekannte Strecke (L) in beiden Richtungen gemessen wird,(g) dass die so ermittelte Schallgeschwindigkeit (c) einer ebenen Schallwelle gleich der tatsächlichen Schallgeschwindigkeit der Grundmode bei der aktuellen Temperatur innerhalb der Rohrleitung (1) gesetzt wird, und(h) dass die so bestimmte Schallgeschwindigkeit zur Bestimmung des Abstand (I) eines Reflexionsortes von dem Einspeisepunkt verwendet wird.
The growing demand for active medical implantable devices requires data and or power links between the implant and the outside world. Every implant has to be encapsulated from the body by a specific housing and one of the most common materials used is titanium or titanium alloy. Titanium thas the necessary properties in terms of mechanical and chemical stability and biocompatibility. However, its electrical conductivity presents a challenge for the electromagnetic transmission of data and power. The proposed paper presents a fast and practical method to determine the necessary transmission parameters for titanium encapsulated implants. Therefore, the basic transformer-transmission-model is used with measured or calculated key values for the inductances. Those are then expanded with correction factors to determine the behavior with the encapsulation. The correction factors are extracted from finite element method simulations. These also enable the analysis of the magnetic field distribution inside of the housing. The simulated transmission properties are very close to the measured values. Additionally, based on lumped elements and magnetic field distribution, the influential parameters are discussed in the paper. The parameter discussion describes how to enhance the transmitted power, data-rate or distance, or to reduce the size of the necessary coils. Finally, an example application demonstrates the usage of the methods.
Hintergrund: Richtung und Stärke des elektrischen Feldes (E-Feld) der biventrikulären (BV) Stimulation und elektrische interventrikuläre Desynchronisation sind bei Patienten mit Herzinsuffizienz und verbreitertem QRS Komplex von Bedeutung für den Erfolg der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT). Das 3D Herzrhythmusmodell (HRM) ermöglicht die
Simulation von CRT und Hochfrequenz (HF) Ablation. Das Ziel der Studie besteht in der Integration von Schrittmacher- und Ablationselektroden in das HRM zur E-Feld Simulation der BV Stimulation und thermischen Feld (T-Feld) Simulation der HF Ablation von Vorhofflimmern (AF).
Methoden: Es wurden fünf multipolare linksventrikuläre (LV) Elektroden, eine epikardiale LV Elektrode, vier bipolare rechtsatriale (RA) Elektroden, zwei rechtsventrikuläre (RV) Elektroden und ein HF Ablationskatheter mit CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) modelliert und das HRM (Schalk et al: Clin Res Cardiol 106, Suppl 1, April 2017, P1812) um den Koronarvenensinus (CS) erweitert (HRM-CS). E-Feld Simulationen bei vorhofsynchroner BV Stimulation und bei RA Stimulation mit RV und LV Ableitung erfolgten mit den Elektroden Select Secure 3830, Capsure VDD-2 5038 und Attain OTW 4194 im HRM+CS (Fig.). F-Feld Simulationen der HF Ablation von AF bei CRT wurden mit integriertem Ablationskatheter AlCath G FullCircle (Biotronik) simuliert.
Ergebnisse: HRM-CS ermöglichte 3D E-Feld Simulationen bei vorhofsynchroner bipolarer BV Stimulation und bei bipolarer RA Stimulation mit bipolarer RV und LV Ableitung. RV und LV Stimulation erfolgten zeitgleich bei einer Amplitude von 3 V an der LV Elektrode und 1 V an der RV Elektrode mit einer Impulsbreite von jeweils 0,5 ms. Die von der BV Stimulationen erzeugten Fernpotentiale konnten von der RA Elektrode wahrgenommen werden. Das Fernpotential an der RA Elektrodenspitze betrug 32,86 mV und in 1 mm Abstand von der RA Elektrodenspitze ergab sich ein Fernpotential von 185,97 mV. HRM-CS ermöglichte 3D T-Feld Simulationen der HF Ablation von AF bei CRT. Das T-Feld bei HF Ablation des AV-Knotens wurde mit einer anliegenden Leistung von 5 W bei 420 kHz an der distalen 8 mm Ablationselektrode simuliert. Die Temperatur an der Katheterspitze betrug nach 5 s Ablationsdauer 88,66 °C, in 1 mm Abstand von der Katheterspitze im Myokard 42,17 °C und in 2 mm Abstand 37,49 °C.
Schlussfolgerungen: HRM-CS und Elektrodenmodelle ermöglichen die 3D Simulationen von E-Feldern bei vorhofsynchroner BV Stimulation, RA Stimulation mit RV und LV Wahrnehmung und von T-Feldern bei HF Ablation. E-Feld Simulationen von RA, RV und LV Stimulation und Sensing können möglicherweise zur Vorhersage von CRT Respondern genutzt werden.
Die Hersteller von Cochlea-Implantat (CI)-Systemen sehen für klinische Audiologen die Möglichkeit vor, die Mikrofonleistung der meisten aktuellen CI-Sprachprozessoren mittels anschließbarer Monitorkopfhörer zu prüfen. Nähere Angaben dazu, nach welchem Prozedere diese Prüfung stattfinden soll, z. B. welche Stimuli mit welchen Pegeln verwendet werden sollen, sind nach Wissen der Autoren seitens der CI-Hersteller nicht verfügbar. Auf der Basis dieser subjektiven Prüfung entscheidet dann der Audiologe, ob der betreffende Sprachprozessor an den Hersteller eingeschickt wird oder nicht. Wir haben eine Messbox entwickelt, mit der die Mikrofonleistung aller abhörbaren CI-Sprachprozessoren der Hersteller Advanced Bionics, Cochlear und MED-EL objektiv geprüft werden kann. Die Box wurde im 3-D-Druckverfahren hergestellt. Der zu prüfende Sprachprozessor wird in die Messbox eingehängt und über einen verbauten Lautsprecher mit definierten Prüfsignalen (Sinustönen unterschiedlicher Frequenz) beschallt. Das Signal des Mikronfons bzw. der Mikrofone wird über das in der Audio-/Abhörbuchse des Prozessors eingesteckte Kabel der Monitorkopfhörer herausgeführt und mit einer Shifting and Scaling-Schaltung in einen Spannungsbereich transformiert, der für die A/D-Wandlung mit einem Mikrokontroller (ATmega1280 verbaut auf einem Arduino Mega) geeignet ist. Derselbe Mikrokontroller übernimmt über einen eigens gebauten D/AWandler die Ausgabe der Prüfsignale über den Lautsprecher. Signalaufnahme und –wiedergabe erfolgt jeweils mit einer Samplingrate von 38,5 kHz. Der frequenzspezifische Effektivwert des abgegriffenen Mikrofonsignals wird mit einem Referenzwert verglichen. Die (frequenzspezifischen) Referenzwerte wurden mit einem neuwertigen Sprachprozessor gleichen Typs ermittelt und im Speicher des Mikrokontrollers abgelegt. Das Ergebnis wird nach Abschluss der Messung grafisch auf einem Touchscreen ausgegeben. Derzeit läuft eine erste Datenerhebung mit in der Klinik subjektiv auffällig gewordenen CI-Sprachprozessoren, die anschließend in der Messbox untersucht werden. Längerfristiges Ziel ist es, die hit und false alarm Raten der subjektiven Prüfung zu ermitteln.
In einer Vorlesung nicht abgehängt zu werden und die vielen Ergebnisse strukturiert zu sichern, ist für Studienanfänger eine große Herausforderung. Mitschriebe sind sehr oft unvollständig, unstrukturiert oder „zerfläddert“. Mitschreib-Marathon und Mitdenken schließen sich bei vielen aus. Auch aktivierende Lehrmethoden, Medienwechsel, Lehrvideos führen oft dazu, dass eine strukturierte Sicherung der Inhalte des Lehrgesprächs noch erschwert wird.
Es wird ein Best Practice Beispiel gezeigt, Mathematik-Vorlesungen über ein Tablet-basiertes Mitmach-Skript zu gestalten. Dieses dient als Schrittmacher zwischen Input- und Verarbeitungsphasen und unterstützt die strukturierte Verschriftlichung, indem es Vorteile von Tafel, PPT und klassischem Skript vereint. Traditionelle Methoden werden mit technologischen Möglichkeiten kombiniert, um die angesprochenen Herausforderungen bewusster im Lehrstil zu berücksichtigen. Verbindungen zu Virtual Classroom und Video-gestützter Lehre werden aufgezeigt.
This paper describes the use of the single-linkage hierarchical clustering method in outlier detection for manufactured metal work pieces. The main goal of the study is to group defects that occur 5 mm into a work piece from the edge, i.e., the border of the metal work piece. The goal is to remove defects outside the area of interest as outliers. According to the assumptions made for the performance criteria, the single-linkage method has achieved better results compared to other agglomeration methods.
In public transportation, the motor pool often consists of various different vehicles bought over a duration of many years. Sometimes, they even differ within one batch bought at the same time. This poses a considerable challenge in the storage and allocation of spare parts, especially in the event of damage to a vehicle. Correctly assigning these parts before the vehicle reaches the workshop could significantly reduce both the downtime and, therefore, the actual costs for companies. In order to achieve this, the current software uses a simple probability calculation. To improve the performance, the data of specific companies was analysed, preprocessed and used with several modelling techniques to classify and, therefore, predict the spare parts to be used in the event of a faulty vehicle. We summarize our experience running through the steps of the Cross Industry Standard Process for Data Mining and compare the performance to the previously used probability. Gradient Boosting Trees turned out to be the best modeling technique for this special case.
Die vorliegende Bachelor-Thesis ist bei der Firma AUMA in Müllheim in der Abteilung Testingentstanden.
Diese Arbeit ist in zwei Teile unterteilt. Im ersten Teil wird näher auf den Entwurf eines Motorenprüfstands und dessen Realisierung eingegangenen, während sich der zweite Teil damit befasst, wie dieser für die Ausbildung – und die Einarbeitung in Mess- und Steuerungstechnik – von Auszubildenden genutzt werden soll. In diesem Versuchsaufbau wird vorrangig ein Gleichstrommotor getestet.
Die Begründung für die Erstellung eines Motoren-Bremsprüfstands liegt darin, dass es eine der Hauptaufgaben der Abteilung Testing ist, in Labor-Prüfeinrichtungen Antriebe der AUMA Gruppe zu testen. Diese Prüfeinrichtungen arbeiten in der Regel mit gefährlichen Spannungen und dürfen nur von Fachkräften in Betrieb genommen werden. In Zukunft sollen Auszubildende im Zuge einer praxisnahen und handlungsorientierten Ausbildung die Möglichkeit haben, sich selbstständig in die Bereiche der Mess- und Steuerungstechnik einzuarbeiten.
Mit dem realisierten Motoren-Bremsprüfstand ist es in der Abteilung Testing möglich, in Zukunft Auszubildende ressourcenschonend und in einem gefahrenfreien Umfeld in die Aufgaben der Abteilung Testing einzuarbeiten. Somit reduziert sich die benötigte Einarbeitungszeit, in der ein Mitarbeiter die Auszubildenden betreuen muss. Mit dem gebauten Prüfstand können Auszubildende die Charakteristik eines Gleichstrommotors verstehen und die Messmethoden, zur Erfassung von Drehmoment, Drehwinkel, Temperatur, sowie elektrische Größen, anwenden. Diese Erkenntnisse lassen sich optimal auf größere Prüfstände übertragen und bereiten die Auszubildenden auf spätere Aufgaben im Unternehmen AUMA und der Abteilung Testing vor.
Die vorliegende Bachelor-Thesis befasst sich mit der Thematik, eine drahtlose Energieübertragung mit Hilfe induktiv resonanter Kopplung zu simulieren und aufzubauen. Durch die in den letzten Jahren immer größer werdende Elektromobilität steigt auch das Interesse an einem drahtlosen Transfer von elektrischem Strom. Doch auch in kleineren Leistungsbereichen ist ein drahtloses Aufladen, wie z.B. bei Laptops und Handys, ein angesagtes Thema. Mit Hilfe von zwei resonanten Schwingkreisen wird ein Austausch an Energie zwischen Sender- und Empfängerschwingkreis demonstriert. Die Grundlagen der magnetischen Induktion wie auch die Grundlagen von elektrischen Schwingkreisen sind hierfür essentiell und werden in dem ersten Kapitel aufgegriffen. Durch das Aufstellen eines mathematischen Modells, im zweiten Kapitel, wird das Prinzip der magnetischen Kopplung und das Phänomen der Frequenzspaltung von gekoppelten Systemen ausführlich behandelt und aufgestellt. Spider-Web Spulen, welche schon in niedrigen Frequenzbereichen hohe Güten aufweisen können, werden für den folgenden Aufbau verwendet. In den darauf folgenden Kapiteln wird das über das Magnetfeld gekoppelte System ausführlich untersucht. Das System erzielt eine Leistungsübertragung von 20W über 30 cm mit einer Effizienz von ungefähr 52%. Des Weiteren konnte der Punkt der kritischen Kopplung, durch eine Verminderung der ohmschen Last im Sendeschwingkreis, auf 50 cm gelegt werden.
An Ultra-Low-Power RFID/NFC Frontend IC Using 0.18 μm CMOS Technology for Passive Tag Applications
(2018)
Battery-less passive sensor tags based on RFID or NFC technology have achieved much popularity in recent times. Passive tags are widely used for various applications like inventory control or in biotelemetry. In this paper, we present a new RFID/NFC frontend IC (integrated circuit) for 13.56 MHz passive tag applications. The design of the frontend IC is compatible with the standard ISO 15693/NFC 5. The paper discusses the analog design part in details with a brief overview of the digital interface and some of the critical measured parameters. A novel approach is adopted for the demodulator design, to demodulate the 10% ASK (amplitude shift keying) signal. The demodulator circuit consists of a comparator designed with a preset offset voltage. The comparator circuit design is discussed in detail. The power consumption of the bandgap reference circuit is used as the load for the envelope detection of the ASK modulated signal. The sub-threshold operation and low-supply-voltage are used extensively in the analog design—to keep the power consumption low. The IC was fabricated using 0.18 μm CMOS technology in a die area of 1.5 mm × 1.5 mm and an effective area of 0.7 mm2. The minimum supply voltage desired is 1.2 V, for which the total power consumption is 107 μW. The analog part of the design consumes only 36 μW, which is low in comparison to other contemporary passive tags ICs. Eventually, a passive tag is developed using the frontend IC, a microcontroller, a temperature and a pressure sensor. A smart NFC device is used to readout the sensor data from the tag employing an Android-based application software. The measurement results demonstrate the full passive operational capability. The IC is suitable for low-power and low-cost industrial or biomedical battery-less sensor applications. A figure-of-merit (FOM) is proposed in this paper which is taken as a reference for comparison with other related state-of-the-art researches.
Design of a Programmable Passive SoC for Biomedical Applications Using RFID ISO 15693/NFC5 Interface
(2018)
Low power, low cost inductively powered passive biotelemetry system involving fully customized RFID/NFC interface base SoC has gained popularity in the last decades. However, most of the SoCs developed are application specific and lacks either on-chip computational or sensor readout capability. In this paper, we present design details of a programmable passive SoC in compliance with ISO 15693/NFC5 standard for biomedical applications. The integrated system consists of a 32-bit microcontroller, a sensor readout circuit, a 12-bit SAR type ADC, 16 kB RAM, 16 kB ROM and other digital peripherals. The design is implemented in a 0.18 µm CMOS technology and used a die area of 1.52 mm × 3.24 mm. The simulated maximum power consumption of the analog block is 592 µW. The number of external components required by the SoC is limited to an external memory device, sensors, antenna and some passive components. The external memory device contains the application specific firmware. Based on the application, the firmware can be modified accordingly. The SoC design is suitable for medical implants to measure physiological parameters like temperature, pressure or ECG. As an application example, the authors have proposed a bioimplant to measure arterial blood pressure for patients suffering from Peripheral Artery Disease (PAD).
Online comment on: "Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials"
(2018)
Die Heterogenität der Studienanfänger/innen erleben viele Lehrende unmittelbar in den Anfängerveranstaltungen, Heterogenität nicht nur in Bezug auf fachliche Vorbildung, sondern auch bezüglich verfügbaren Lernstrategien, Fertigkeiten, Motivation und
Selbstdisziplin. Schon allein einer 90-minütigen Vorlesung konzentriert zu folgen und die
Ergebnisse strukturiert zu sichern, ist für viele eine sehr große Herausforderung. In diesem Erfahrungsbericht wird das seit dem WS 2015/16
an der Hochschule Offenburg erprobte Potenzial moderner Tablets untersucht, Vorteile
von klassischem handschriftlichen An- und Mitschreiben mit einer Vorstruktur, wie sie
z.B. PPT-Slides ermöglichen, zu vereinen.
The paper describes the methodology and experimental results for revealing similarities in thermal dependencies of biases of accelerometers and gyroscopes from 250 inertial MEMS chips (MPU-9250). Temperature profiles were measured on an experimental setup with a Peltier element for temperature control. Classification of temperature curves was carried out with machine learning approach.
A perfect sensor should not have thermal dependency at all. Thus, only sensors inside the clusters with smaller dependency (smaller total temperature slopes) might be pre-selected for production of high accuracy inertial navigation modules. It was found that no unified thermal profile (“family” curve) exists for all sensors in a production batch. However, obviously, sensors might be grouped according to their parameters. Therefore, the temperature compensation profiles might be regressed for each group. 12 slope coefficients on 5 degrees temperature intervals from 0°C to +60°C were used as the features for the k-means++ clustering algorithm.
The minimum number of clusters for all sensors to be well separated from each other by bias thermal profiles in our case is 6. It was found by applying the elbow method. For each cluster a regression curve can be obtained.
Diese Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Sensor-Netzwerks für die Anwendung im Smart-Gardening-Bereich. Dabei geht es im Wesentlichen darum, durch Messung verschiedener Parameter den aktuellen Status der Pflanzen im Garten bewerten zu können. So soll dem Anwender des Systems die Gartenarbeit erleichtert werden.
Zunächst wurden verschiedene Smart-Gardening-Systeme bezüglich Messparametern, Kommunikation und Energieversorgung untersucht. Anhand dieser Ergebnisse wurden Anforderungen an ein eigenes System gestellt. Dieses eigene System verwendet eine an der Hochschule Offenburg entwickelte, energieautarke und drahtlose Sensor-Netzwerk-Plattform. Für das Sensor-Netzwerk wurde ein Konzept entwickelt, indem mehrere Topologien und Zugriffsverfahren untersucht wurden. Ausgewählt wurde schließlich die Verwendung einer Stern-Topologie und die Umsetzung eines Kommunikationsprotokolls auf Grundlage eines zeitbasierten Zugriffsverfahrens. Die erforderliche Basisstation wurde konzipiert und auf Basis eines Raspberry Pi 3 realisiert. Das Kommunikationsprotokoll wurde in die Software von Basisstation und Sensorgeräten integriert. Die Sensor-Plattform wurde um einen kapazitiven Sensor für die Messung der Bodenfeuchte erweitert. Dieser Sensor wurde mit Gartenerde getestet und vermessen. Auf Grundlage der Ergebnisse wurde ein Modell für die Berechnung des Wassergehalts der Erde erstellt. Zuletzt wurde das Sensor-Netzwerk getestet.
Das Sensor-Netzwerk kann einige Dutzend Sensorgeräte verknüpfen. Die Sensorgeräte werden im Garten platziert und sind durch Verwendung von Energy-Harvesting energieautark. Sie senden die gesammelten Messwerte mehrmals täglich an die Basisstation, welche die Messwerte empfängt und abspeichert. Eine Android-App kann via Bluetooth auf die Daten zugreifen und sie dem Anwender anzeigen. Die Funktionalität des Systems wurde im Test nachgewiesen. Das System wird in einer erweiterten Form bei der Landesgartenschau 2018 in Lahr zum Einsatz kommen.
Wir haben die erste „Eiserne Hand“ des Götz von Berlichingen mit 3D-Computer-Aided Design rekonstruiert und über einen Multimaterial-3D-Drucker ausgedruckt. Dabei ließ sich feststellen, dass die 500 Jahre alte Technik keinesfalls veraltet ist: Das Innenleben der „Eisernen Hand“ ist ausgefeilter als bisher angenommen. Sie könnte sogar spannende Impulse für die Entwicklung neuer künstlicher Handprothesen liefern.
The CAN bus still is an important fieldbus in various domains, e.g. for in-car communication or automation applications. To counter security threats and concerns in such scenarios we design, implement, and evaluate the use of an end-to-end security concept based on the Transport Layer Security protocol. It is used to establish authenticated, integrity-checked, and confidential communication channels between field devices connected via CAN. Our performance measurements show that it is possible to use TLS at least for non time-critical applications, as well as for generic embedded networks.
Optische Navigationssysteme weisen bisher eine eindeutige Trennung zwischen nachverfolgendem Gerät (Tool Tracker) und nachverfolgten Geräten (Tracked Tools) auf. In dieser Arbeit wird ein neues Konzept vorgestellt, dass diese Trennung aufhebt: Jedes Tracked Tool ist gleichzeitig auch Tool Tracker und besteht aus Marker-LEDs sowie mindestens einer Kamera, mit deren Hilfe andere Tracker in Lage und Orientierung nachverfolgt werden können. Bei Verwendung von nur einer Kamera geschieht dies mittels Pose Estimation, ab zwei Kameras werden die Marker-LEDs trianguliert. Diese Arbeit beinhaltet die Vorstellung des neuen Peer-To-Peer-Tracking-Konzepts, einen sehr schnellen Pose-Estimation-Algorithmus für beliebig viele Marker sowie die Klärung der Frage, ob die mit Pose Estimation erreichbare Genauigkeit vergleichbar mit der eines Stereo-Kamera-Systems ist und den Anforderungen an die chirurgische Navigation gerecht wird.
Implementierung von Softcore-Prozessoren und/oder weiteren IPs (Intellectual Property) in FPGAs
(2018)
Die zunehmende Integration von kompletten Systemen auf einem Chip (System-on-Chip, SoC) erfordert auch immer die Integration einer Recheneinheit bzw. eines Prozessorkerns. Möchte man insbesondere Low-Power-SoC-Systeme entwickeln, z.B. drahtlose Sensor-SoC-Systeme für Anwendungen im Rahmen von Industrie 4.0, ist die Implementierung eines solchen Prozessorkerns mit hohen Herausforderungen verbunden. Prinzipiell können hierfür verschiedene Ansätze verfolgt werden, nämlich die Implementierung einer Hardcore Prozessor-IP (IP = Intellectual Property) oder einer Softcore-Prozessor-IP. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst auf den derzeitigen Stand der Technik verfügbarer Hardcore- oder Softcore-Prozessoren unter den Randbedingungen der Low-Power-Anforderungen und der weiten Verbreitung des Cores in industriellen Anwendungen eingegangen. Schließlich werden die Ergebnisse der Implementierung und Evaluierung eines derzeit frei verfügbaren 16-bit MSP430-kompatiblen Softcore Prozessors auf einem Altera-Cyclon-FPGA vorgestellt. Aus den Ergebnissen wird ein entsprechendes Fazit für die Implementierung von Low-Power-SoC-Systeme gegeben.
Der Entwurf und die Realisierung gedruckter Schaltungen oder Elektronikkomponenten stellt ein intensives Thema der Forschung dar. Forschungsgruppen beschäftigen sich zunehmend mit der Entwicklung von gedruckten Energy Harvestern, weil diese kostengünstig und einfach herstellbar sind. Das Energy Harvesting (EH) oder auch das ”Mikro Energy Harvesting“ (MEH) bezeichnet die Gewinnung von elektrischer Energie aus der Umgebung, um elektronische Verbraucher zu versorgen, kontinuierliche Leistungen zu erzeugen, das System energieeffizienter zu machen, sowie die Energiespeicherung im Mikrowattbereich zu gewährleisten. Energy Harvesting-Systeme stellen eine Alternative gegenüber der Energieversorgung autarker Low-Power-Elektronik mit Batterien dar. Das Energiemanagement solcher EH-Systeme ist jedoch eine Herausforderung aufgrund der Energieverfügbarkeit und der im Zeitablauf nicht konstanten Verlustleistung. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die derzeit existierenden ultra low-power Energiemanagement Schaltungen für Energy Harvester. Dabei wird insbesondere der Fokus auf gedruckte Energy Harvester gelegt. Es soll aufgezeigt werden, welche Aspekte der vorgestellten Energieversorgungsschaltungen bei der Entwicklung eines Energieversorgungschips für gedruckte Energy Harvester berüucksichtigt werden sollen.
Die vorliegende Bachelor Thesis befasst sich mit der Funktionsweise des ArduPilot Open Source Autopiloten. Für die Ausführung erfolgt mit einem Pixhawk Flugcontroller. Dabei wird die Funktionsweise der Regler und der Navigation des Luftfahrzeuges untersucht. Nach der Analyse des Regler Aufbaus werden wird die Regelung für einen Multiplex EasyStar 2 ausgelegt und in dem Flugzeug verbaut. Für die Kommunikation mit dem Pixhawk Flugcontroller und der Parametereinstellung für die Regelung wird die Mission Planner Bodenstation verwendet. Die Regelung wird mit praktischen Flugtests und der automatischen Tuning Funktion durchgeführt. Mit Hilfe der angelegten Daten Protokolle während des Flugs wird im Nachhinein das Flugverhalten des Multiplex EasyStar 2 ausgewertet und angepasst. Nach der Auslegung der Regelparameter besteht die Aufgabe darin, einen vollautonomen Flug mit automatischem Start und automatischer Landung durchzuführen. Die Wegpunkt Generierung für den autonomen Flug erfolgt mit der Mission Planner Bodenstation. Es soll mit dieser Arbeit die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Systems überprüft werden.
Diese Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines VHDL-Ethernet Protokollstapels. Aufbauend auf einem existierenden Protokollstapel für 1 GBit/s ist das Ziel dieser Arbeit, einen Protokollstapel zu entwerfen, der eine Datenübertragungsrate von mehr als 10 GBit/s erreicht. Dieser Protokollstapel soll die Protokolle Ethernet, IPv4, ARP, ICMP und UDP enthalten. Durch eine flexible Struktur der Ports und den Einsatz von generics soll dieser Protokollstapel leicht konfigurierbar und so für viele Anwendungszwecke nutzbar sein.
Zunächst wurde der existierende Protokollstapel von der Xilinx Vertix5 Serie auf die 7er Serie portiert und in Betrieb genommen. Dabei traten Probleme mit dem Transceiver und dem ARP Protokoll auf. Nachdem diese gelöst wurden, konnte ein Konzept für den neuen Protokollstapel erarbeitet werden. Dieser nutzt nun ein – in der Busbreite – flexibles Streaming Interface, um die Geschwindigkeit der Datenübertragung anzupassen.
Da jedes der genutzten Protokolle an die Daten einen Header/Trailer anhängt oder entfernt,
wurden für diese Aufgabe insgesamt vier Low-Level-Module entwickelt. Diese Module wurden
mit Hilfe einer Testbench und einer Testmatrix verifiziert. Die Protokollmodule stellen nun den Header/Trailer zusammen und fügen diese mit Hilfe der Low-Level-Module an oder entfernen diese.
Bei der Simulation des Protokollstapels wurde die Funktion der Protokolle nachgewiesen. Durch die große Busbreite, von 64 Bit bei 10 GBit/s und 128 oder 256 Bit bei 40 GBit/s, schlug allerdings die Timing-Analyse fehl. Der kritische Pfad konnte bei der CRC Berechnung gefunden werden. Durch parallele CRC-Berechnungen wurde eine vorübergehende Lösung dieses Problems für die Geschwindigkeit 10 GBit/s erreicht.
Die Analyse des Ressourcenverbrauchs zeigte, dass der neue Protokollstapel nur wenig Ressourcen in einem FPGA nutzt. Für 10 GBit/s werden lediglich 3000 LUTs und 2400 Register
benötigt. Des weiteren wurde festgestellt, dass der Ressourcenverbrauch nicht proportional zur Busbreite ist. Bei einer Verdopplung der Busbreite werden lediglich 60 % mehr Ressourcen benötigt.
The high frequency (HF) catheter ablation is the gold standard for the therapy of many cardiac tachyarrhythmias, such as atrioventricular node re-entry tachycardia (AVNRT), atrioventricular re-entry tachycardia (AVRT) or atrial flutter (AFL). The aim of the study was to simulate the HF ablation of AVNRT, AVRT, AFL and its heat propagation in reference to the supplied power with different electrode material and electrode size. The modeling and simulation were performed with the thermal and electromagnetic simulation software CST® (Computer Simulation Technology, Darmstadt). The modeling and simulation were carried out using ablation catheters with 4 mm tip electrode and 8 mm tip electrode with different electrode materials. Both electrode types were made of platinum and gold respectively. For the measurement of the heat propagation in the heart tissue, the catheters were integrated in the Offenburg heart rhythm model. The HF ablation procedures were performed with the 4 mm platinum tip electrode, with an application duration of 45 seconds and a power output of 40 watts. The HF ablation of the atrioventricular node slow pathway produced a maximum temperature of 66.33 °C. The Kent bundle HF ablation in the left atrium achieved a maximum temperature of 67.14 °C. The HF ablation of the right atrial isthmus resulted 65.96 °C. The 8 mm distal platinum tip electrode and a power output of 60 watts reached 72.85 °C. The 8 mm distal gold tip electrode and a power output of 60 watt reached 64.66 °C, due to the improved thermal conductivity of gold. Virtual heart and ablation electrode models allow the static and dynamic simulation of HF ablation with different electrode material and electrode size. The 3D simulation of the temperature profile may be used to optimize the AVNRT, AVRT and AFL HF ablation.
Pulmonary vein isolation (PVI) is a common therapy in atrial fibrillation (AF). The cryoballoon was invented to isolate the pulmonary vein in one step and in a shorter time than a point-by-point radiofrequency (RF) ablation. The aim of the study was to model two cryoballoon catheters, one RF catheter and to integrate them into a heart rhythm model for the static and dynamic simulation of PVI by cryoablation and RF ablation in AF. The modeling and simulation were carried out using the electromagnetic and thermal simulation software CST (CST, Darmstadt). Two cryoballons and one RF ablation catheter were modeled based on the technical manuals of the manufacturers Medtronic and Osypka. The PVI especially the isolation of the left inferior pulmonary vein using a cryoballoon catheter was performed with a -50 °C heatsource and an exponential signal. The temperature at the balloon surface was -50 °C after 20 s ablation time, -24 °C from the balloon 0,5 mm in the myocardium, at a distance of 1 mm -3 °C, at 2 mm 18 °C and at a distance of 3mm 29 °C. PVI with RF energy was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz at the distal 8 mm ablation electrode. The temperature at the tip electrode was 110 °C after 15 s ablation time, 75 °C from the balloon at 0,5 mm in the myocardium, at a distance of 1 mm 58 °C, at 2 mm 45 °C and at a distance of 3 mm 38 °C. Virtual heart rhythm and catheter models as well as the simulation of the temperature allow the simulation of PVI in AF by cryo ablation and RF ablation. The 3D simulation of the temperature profile may be used to optimize RF and cryo ablation.
Cardiac contractility modulation (CCM) is a device-based therapy for the treatment of systolic left ventricular chronic heart failure. Unlike other device-based therapies for heart failure, CCM delivers non-excitatory pacing signals to the myocardium. This leads to an extension of the action potential and to an improved contractility of the heart. The modeling and simulation was done with the electromagnetic simulation software CST. Three CCM electrodes were inserted into the Offenburg heart rhythm model and subsequently simulated the electric field propagation in CCM therapy.
In addition, simulations of CCM have been performed with electrodes from other device-based therapies, such as cardiac resynchronization therapy (CRT) and implantable cardioverter / defibrillator (ICD) therapy. At the same distance to the simulation electrode, the electric field is slightly stronger in CCM therapy than in CCM therapy with additionally implanted CRT or ICD electrodes. In addition, there is a change in the electric field propagation at the electrodes of the CRT and the shock electrode of the ICD.
By simulating several different therapy procedures on the heart, it is possible to check how they affect their behavior during normal operation. CCM heart rhythm model simulation allows the evaluation the individual electrical pacing and sensing field during CCM.
Abstract: Electric field of biventricular (BV) pacing, left ventricular (LV) electrode position and electrical interventricular desynchronization are important parameters for successful cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with heart failure, sinus rhythm and reduced LV ejection fraction. The aim of the study was to evaluate electric pacing field of transesophageal left atrial (LA) pacing and BV pacing with 3D heart rhythm simulation. Bipolar right atrial (RA), right ventricular (RV), LV electrodes and multipolar hemispherical esophageal LA electrodes were modeled with CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt). Electric pacing field were simulated with bipolar RA and RV pacing with Solid S (Biotronik) electrode, bipolar LV pacing with Attain 4194 (Medtronic) electrode and bipolar LA pacing with TO8 (Osypka) esophageal electrode. 3D heart rhythm model with esophagus allowed electric pacing field simulation of 4-chamber pacing with bipolar intracardiac RA, RV, LV pacing and bipolar transesophageal LA pacing. The pacing amplitudes were 3V RA pacing amplitude, 50V LA pacing amplitude, 1.5V RV pacing amplitude and 3V LV pacing amplitude with 0.5ms pacing pulse duration. The atrioventricular delay between RA pacing and BV pacing was 140ms atrioventricular pacing delay and simultaneous RV and LV pacing. Electric pacing fields were simulated during the different pacing modes AAI, VVI, DDD and DDD0V. The intracardiac far-field pacing potentials were evaluated with intracardiac electrodes and a distance of 1mm from the electrodes with RA electrode 1.104V, RV electrode 0.703V and LV electrode 1.32V. The transesophageal far-field pacing potential was evaluated with transesophageal electrode and a distance of 10mm from the elelctrode with LA electrode 6.076V. Heart rhythm model simulation with esophagus allows evaluation of electric pacing fields in AAI, VVI, DDD, DDD0V and DDD0D pacing modes. Electric pacing field of RA, RV and LV pacing in combination with LA pacing may additional useful pacing mode in CRT non-responders.
eLetter zu "Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands" von Paul D. Marasco et al., veröffentlicht in Science Translational Medicine, Vol. 10, No. 432 (DOI: 10.1126/scitranslmed.aao6990)
MPC-Workshop Juli 2018
(2018)
This paper describes the Sweaty II humanoid adult size robot trying to qualify for the RoboCup 2018 adult size humanoid competition. Sweaty came 2nd in RoboCup 2017 adult size league. The main characteristics of Sweaty are described in the Team Description Paper 2017. The improvements that have been made or are planned to be implemented for RoboCup 2018 are described in this paper.
In this TDP we describe a new tool created for testing the strategy layer of our soccer playing agents. It is a complete 2D simulator that simulates the games based on the decisions of 22 agents. With this tool, debugging the decision and strategy layer of our agents is much more efficient than before due to various interaction methods and complete control over the simulation.
In the future, the tool could also serve as a measure to run simulations of game series much faster than with the 3D simulator. This way, the impact of different play strategies could be evaluated much faster than before.
The electrical field (E-field) of the biventricular (BV) stimulation is important for the success of cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with cardiac insufficiency and widened QRS complex.
The aim of the study was to model different pacing and ablation electrodes and to integrate them into a heart model for the static and dynamic simulation of BV stimulation and HF ablation in atrial fibrillation (AF).
The modeling and simulation was carried out using the electromagnetic simulation software CST. Five multipolar left ventricular (LV) electrodes, four bipolar right atrial (RA) electrodes, two right ventricular (RV) electrodes and one HF ablation catheter were modelled. A selection were integrated into the heart rhythm model (Schalk, Offenburg) for the electrical field simulation. The simulation of an AV node ablation at CRT was performed with RA, RV and LV electrodes and integrated ablation catheter with an 8 mm gold tip.
The BV stimulation were performed simultaneously at amplitude of 3 V at the LV electrode and 1 V at the RV electrode with a pulse width of 0.5 ms each. The far-field potential at the RA electrode tip was 32.86 mV and 185.97 mV at a distance of 1 mm from the RA electrode tip. AV node ablation was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz at the distal ablation electrode. The temperature at the catheter tip was 103.87 °C after 5 s ablation time and 37.61 °C at a distance of 2 mm inside the myocardium. After 15 s, the temperature was 118.42 °C and 42.13 °C.
Virtual heart and electrode models as well as the simulations of electrical fields and temperature profiles allow the static and dynamic simulation of atrial synchronous BV stimulation and HF ablation at AF and could be used to optimize the CRT and AF ablation.
The ability to detect a target signal masked by noise is improved in normal-hearing listeners when interaural phase differences (IPDs) between the ear signals exist either in the masker or in the signal. To improve binaural hearing in bilaterally implanted cochlear implant (BiCI) users, a coding strategy providing the best possible access to IPDs is highly desirable. Outcomes of a previous study (Zirn, Arndt et al. 2016) revealed that a subset of BiCI users showed improved IPD detection thresholds with the fine structure processing strategy FS4 compared to the constant rate strategy HDCIS using narrowband stimuli. In contrast, little differences between the coding strategies were found for broadband stimuli with regard to binaural speech intelligibility level differences (BILD) as an estimate of binaural unmasking. Compared to normalhearing listeners (7.5 ± 1.2 dB) BILD were small in BiCI users (around 0.5 dB with both coding strategies).
In the present work, we investigated the influence of binaural fitting parameters on BILD. In our cohort of BiCI users many were implanted with electrode arrays differing in length left versus right. Because this length difference typically corresponded to the distance of two electrode contacts the first modification of bilateral fitting was a tonotopic adjustment by deactivation of the most apical electrode contact on the side with the deeper inserted array (tonotopic approach).
The second modification was the isolation of the residual, most apical electrode contacts by deactivation of the basally adjacent electrode contact on each side (tonotopic sparse approach). Applying these modifications, BILD improved by up to 1.5 dB.
Das normalhörende auditorische System ist in der Lage, interaurale Zeit- bzw. Phasendifferenzen zur verbesserten Signaldetektion im Störgeräusch zu nutzen. Dieses Phänomen wird häufig als binaurale Entmaskierung bezeichnet und ist sowohl bei einfachen Signalen wie Sinustönen, als auch bei Sprachsignalen im Störgeräusch wirksam. Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass binaurale Entmaskierung eingeschränkt auch bei bilateralen CI-Trägern beobachtbar ist (Zirn et al., 2016).
Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass die binaurale Entmaskierung sensitiv gegenüber der bilateralen CI-Anpassung ist. So lässt sich der Effekt durch tonotopen Abgleich und Herausstellen eines apikalen Feinstrukturkanals modulieren. Steigerungen der binauralen Entmaskierung um bis zu 1,5 dB sind auf diese Weise gegenüber der konventionellen CI-Anpassung möglich. Allerdings variiert der Einfluss der CI-Anpassung interindividuell erheblich.
Die drei großen Hersteller von Cochlea-Implantat (CI)-Systemen ermöglichen es klinischen Audiologen, die Mikrofoneigenschaften der meisten CI-Sprachprozessoren zu prüfen. Dazu können bei diesen Sprachprozessoren Monitorkopfhörer angeschlossen und das/die Mikrofon(e) inklusive eines Teils der Signalvorverarbeitung abgehört werden. Präzise Angaben dazu, mit welchen Stimuli, bei welchem Pegel und nach welchem Kriterium diese Prüfung stattfinden soll, machen die CI-Hersteller nicht. Auf Basis dieser Prüfung soll der Audiologe dann über die Funktion der Mikrofone und damit darüber entscheiden, ob der betreffende Sprachprozessor an den Hersteller eingeschickt wird oder nicht.
Zur Objektivierung der CI-Sprachprozessor-Mikrofon-Prüfung haben wir eine Testbox entwickelt, mit der alle abhörbaren aktuellen CI-Sprachprozessoren der drei großen Hersteller geprüft werden können. Die Box wurde im 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Der zu prüfende Sprachprozessor wird in die Messbox eingehängt und über einen darin verbauten Lautsprecher mit definierten Prüfsignalen (Sinustöne unterschiedlicher Frequenz) beschallt. Das Mikrofonsignal wird über das Kabel der Monitorkopfhörer herausgeführt und mit einer Shifting- and Scaling-Schaltung in einen Spannungsbereich transformiert, der für die AD-Wandlung mit einem Mikrokontroller (ATmega1280 verbaut auf einem Arduino Mega) geeignet ist. Derselbe Mikrokontroller übernimmt über einen eigens gebauten DA-Wandler die Ausgabe der Sinustöne über den Lautsprecher. Signalaufnahme und –wiedergabe erfolgen mit jeweils 38,5 kHz Samplingrate. Der für jede Frequenz über mehrere Perioden des Prüfsignals ermittelte Effektivwert wird mit dem Effektivwert, der mit einem neuwertigen Referenzprozessor für diese Frequenz gemessen wurde, verglichen. Die Messergebnisse werden graphisch auf einem Display ausgegeben.
Derzeit läuft eine erste Datenerhebung mit in der Klinik subjektiv auffällig gewordenen CI-Sprachprozessoren, die anschließend in der Messbox untersucht werden. So sollen realistische Schwellen für kritische Abweichungen von den Referenz-Effektivwerten ermittelt werden. Im weiteren Verlauf sollen dann Hit und False Alarm-Raten der subjektiven Prüfung bestimmt werden.
eLetter zum Artikel "How hair can reveal a history" von Hanae Armitage & Nala Rogers, veröffentlicht in Science, Vol. 351, Issue 6278, Seite 1134 (doi.org/10.1126/science.351.6278.1134)
Musik und Neurophysiologie
(2017)
eLetter zum Artikel "Hybrid EEG/EOG-based brain/neural hand exoskeleton restores fully independent daily living activities after quadriplegia" von Surjo R. Soekadar et al., veröffentlicht in Science Robotics, Vol. 1, No. 1 (DOI: 10.1126/scirobotics.aag3296)
Nicht-invasives, nicht-ionisierendes funktionelles Neuroimaging mit räumlich und zeitlich hochauflösender Elektroenzephalographie oder Echtzeit-Naheinfrarotspektroskopie in Kombination mit modernen Robotorsystemen ist ein entscheidender Entwicklungsschritt auf dem Gebiet der Neuroprothetik und Brain-Machine-Interfaces. In der Medizintechnik an der Hochschule Offenburg wird hierzu geforscht.
Die in dieser Arbeit vorgestellte Vorgehensweise erlaubt die Ortung von Schienenfahrzeugen in topologischen Karten allein mit Hilfe eines Wirbelstromsensorsystems (WSS). Zur Ortung primär erforderlich ist die Identifizierung des befahrenen Gleises selbst, wofür unterschiedliche in einer Karte gespeicherte Merkmale herangezogen werden sowie der zurückgelegte Weg, der durch Zählen der passierten Schwellen ermittelt wird. Diese Merkmale werden mittels eigens definierter, virtueller Sensoren aus dem Signal des WSS gewonnen und mittels einem Bayes’schen Formalismus mit den Referenzdaten aus der vorliegenden topologischen Karte abgeglichen. Diese auf virtuellen Sensoren basierende Vorgehensweise erlaubt eine Parallelisierung der Sensorsignalverarbeitung und eine flexible Einbindung von Sensoren in das Ortungssystem. Die Möglichkeit, Weichen mit einer Trefferquote von 99% zu detektieren, erlaubt die Verfolgung der Fahrzeugposition über die gesamte Fahrstrecke hinweg, unter alleiniger Verwendung der vom WSS gelieferten Messdaten.
Für die genaue Positionsbestimmung in Innenräumen, beispielsweise in Bahnhöfen oder Einkaufszentren, soll in dem beschriebenen Projekt untersucht werden, inwiefern lokale Magnetfelder genutzt werden können, um Genauigkeit und Robustheit zu erhöhen. Hierzu wird untersucht, ob und wie kostengünstige Magnetfeldsensoren und mobile Roboterplattformen genutzt werden können, um Karten zu erstellen, die eine spätere Navigation, beispielsweise mit Smartphones oder mit anderen mobilen Geräten.
In this paper we show that a model-free approach to learn behaviors in joint space can be successfully used to utilize toes of a humanoid robot. Keeping the approach model-free makes it applicable to any kind of humanoid robot, or robot in general. Here we focus on the benefit on robots with toes which is otherwise more difficult to exploit. The task has been to learn different kick behaviors on simulated Nao robots with toes in the RoboCup 3D soccer simulator. As a result, the robot learned to step on its toe for a kick that performs 30% better than learning the same kick without toes.
Background: The electrical field (E-field) of the biventricular (BV) stimulation is important for the success of cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with cardiac insufficiency and widened QRS complex. The 3D modeling allows the simulation of CRT and high frequency (HF) ablation.
Purpose: The aim of the study was to model different pacing and ablation electrodes and to integrate them into a heart model for the static and dynamic simulation of atrial and BV stimulation and high frequency (HF) ablation in atrial fibrillation (AF).
Methods: The modeling and simulation was carried out using the electromagnetic simulation software CST (CST Darmstadt). Five multipolar left ventricular (LV) electrodes, one epicardial LV electrode, four bipolar right atrial (RA) electrodes, two right ventricular (RV) electrodes and one HF ablation catheter were modeled. Selected electrodes were integrated into the Offenburg heart rhythm model for the electrical field simulation. The simulation of an AV node ablation at CRT was performed with RA, RV and LV electrodes and integrated ablation catheter with an 8 mm gold tip.
Results: The right atrial stimulation was performed with an amplitude of 1.5 V with a pulse width of 0.5. The far-field potentials generated by the atrial stimulation were perceived by the right and left ventricular electrode. The far-field potential at a distance of 1 mm from the right ventricular electrode tip was 36.1 mV. The far-field potential at a distance of 1 mm from the left ventricular electrode tip was measured with 37.1 mV. The RV and LV stimulation were performed simultaneously at amplitude of 3 V at the LV electrode and 1 V at the RV electrode with a pulse width of 0.5 ms each. The far-field potentials generated by the BV stimulations could be perceived by the RA electrode. The far-field potential at the RA electrode tip was 32.86 mV. AV node ablation was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz and 10 W at 500 kHz at the distal 8 mm ablation electrode.
Conclusions: Virtual heart and electrode models as well as the simulations of electrical fields and temperature profiles allow the static and dynamic simulation of atrial synchronous BV stimulation and HF ablation at AF. The 3D simulation of the electrical field and temperature profile may be used to optimize the CRT and AF ablation.
Spectral analysis of signal averaging electrocardiography in atrial and ventricular tachyarrhythmias
(2017)
Background: Targeting complex fractionated atrial electrograms detected by automated algorithms during ablation of persistent atrial fibrillation has produced conflicting outcomes in previous electrophysiological studies. The aim of the investigation was to evaluate atrial and ventricular high frequency fractionated electrical signals with signal averaging technique.
Methods: Signal averaging electrocardiography (ECG) allows high resolution ECG technique to eliminate interference noise signals in the recorded ECG. The algorithm uses automatic ECG trigger function for signal averaged transthoracic, transesophageal and intracardiac ECG signals with novel LabVIEW software (National Instruments, Austin, Texas, USA). For spectral analysis we used fast fourier transformation in combination with spectro-temporal mapping and wavelet transformation for evaluation of detailed information about the frequency and intensity of high frequency atrial and ventricular signals.
Results: Spectral-temporal mapping and wavelet transformation of the signal averaged ECG allowed the evaluation of high frequency fractionated atrial signals in patients with atrial fibrillation and high frequency ventricular signals in patients with ventricular tachycardia. The analysis in the time domain evaluated fractionated atrial signals at the end of the signal averaged P-wave and fractionated ventricular signals at the end of the QRS complex. The analysis in the frequency domain evaluated high frequency fractionated atrial signals during the P-wave and high frequency fractionated ventricular signals during QRS complex. The combination of analysis in the time and frequency domain allowed the evaluation of fractionated signals during atrial and ventricular conduction.
Conclusions: Spectral analysis of signal averaging electrocardiography with novel LabVIEW software can utilized to evaluate atrial and ventricular conduction delays in patients with atrial fibrillation and ventricular tachycardia. Complex fractionated atrial electrograms may be useful parameters to evaluate electrical cardiac arrhythmogenic signals in atrial fibrillation ablation.
Heart rhythm model and simulation of electrophysiological studies and high-frequency ablations
(2017)
Background: Target of the study was to create an accurate anatomic CAD heart rhythm model, and to show its usefulness for cardiac electrophysiological studies and high-frequency ablations. The method is more careful for the patients’ health and has the potential to replace clinical studies due to its high efficiency regarding time and costs.
Methods: All natural heart components of the new HRM were based on MRI records, which guaranteed electronic functionality. The software CST was used for the construction, while CST’s material library assured genuine tissue properties. It should be applicable to simulate different heart rhythm diseases as well as various diffusions of electromagnetic fields, caused by electrophysiological conduction, inside the heart tissue.
Results: It was achievable to simulate sinus rhythm and fourteen different heart rhythm disturbance with different atrial and ventricular conduction delays. The simulated biological excitation of healthy and sick HRM were plotted by simulated electrodes of four polar right atrial catheter, six polar His bundle catheter, ten polar coronary sinus catheter, four polar ablation catheter and eight polar transesophageal left cardiac catheter. Accordingly, six variables were rebuilt and inserted into the anatomic HRM in order to establish heart catheters for ECG monitoring and HF ablation. The HF ablation catheters made it possible to simulate various types of heart rhythm disturbance ablations with different HF ablation catheters and also showed a functional visualisation of tissue heating. The use of tetrahedral meshing HRM made it attainable to store the results faster accompanied by a higher degree of space saving. The smart meshing function reduced unnecessary high resolutions for coarse structures.
Conclusions: The new HRM for EPS simulation may be additional useful for simulation of heart rhythm disturbance, cardiac pacing, HF ablation and for locating and identification of complex fractioned signals within the atrium during atrial fibrillation HF ablation.
Die Entwicklung von neuartigen Elektrodentypen und die Weiterentwicklung bestehender Produkten machen einen großen Teil der entstehenden Kosten für ein Unternehmen aus. Mithilfe geeigneter Software können Änderungen der Konstruktionen erfasst und bestimmte Simulationen, bspw. das Auftreten von Wechselwirkungen im elektrischen Feld, vor der eigentlichen Prototypenerstellung durchgeführt werden. Das Ziel der Studie besteht in der Modellierung unterschiedlicher Schrittmacher- und Ablationselektroden und deren Integration in das Offenburger Herzrhythmusmodell (HRM) zur statischen und dynamischen Simulation der biventrikulären Stimulation und HF Ablation bei Vorhofflimmern (AF).
Die Simulation komplexer kardialer Strukturen und kardialer Elektroden ist von Bedeutung für die Optimierung langatmiger und kostspieliger klinischer Studien. Das Risiko der Patientengefährdung wird durch diese Methode auf ein Minimum reduziert. Das Ziel der Studie besteht im Entwurf eines anatomisch korrekten 3D CAD Herzrhythmusmodells (HRM) zur Simulation von elektrophysiologischen Untersuchungen (EPU) und Hochfrequenz-(HF-)Ablationen.
Background: Cardiac resynchronization therapy (CRT) with biventricular (BV) pacing is an established therapy for heart failure (HF) patients (P) with sinus rhythm, reduced left ventricular (LV) ejection fraction (EF) and electrical ventricular desynchronization. The aim of the study was to evaluate electrical interventricular delay (IVD) and left ventricular delay (LVD) in right ventricular (RV) pacemaker pacing before upgrading to CRT BV pacing.
Methods: HF P (n=11, age 69.0 ± 7.9 years, 1 female, 10 males) with DDD pacemaker (n=10), DDD defibrillator (n=1), RV pacing, New York Heart Association (NYHA) class 3.0 ± 0.2 and 24.5 ± 4.9 % LVEF were measured by surface ECG and transesophageal bipolar LV ECG before upgrading to CRT defibrillator (n=8) and CRT pacemaker (n=3). IVD was measured between onset of QRS in the surface ECG and onset of LV signal in the transesophageal ECG. LVD was measured between onset and offset of LV signal in the transesophageal ECG. CRT atrioventricular (AV) and BV pacing delay were optimized by impedance cardiography.
Results: Interventricular and intraventricular desynchronization in RV pacemaker pacing were 228.2 ± 44.8 ms QRS duration, 86.5 ± 32.8ms IVD, 94.4 ± 23.8ms LVD, 2.6 ± 0.8 QRS-IVD-ratio with correlation between IVD and QRS-IVD-ratio (r=-0.668 P=0.0248) and 2.3 ± 0.7 QRS-LVD-ratio. The LVEF-IVD-ratio was 0.3 ± 0.1 with correlation between IVD and LVEF-IVD-ratio (r=-0.8063 P=0.00272) and with correlation between QRS duration and LVEF-IVD-ratio (r=-0.7251 P=0.01157). Optimal sensing and pacing AV delay were 128.3 ± 24.8 ms AV delay after atrial sensing (n=6) and 173.3 ± 40.4 ms AV delay after atrial pacing (n=3). Optimal BV pacing delay was -4.3 ± 11.3 ms between LV and RV pacing (n=7). During 30.4 ± 29.6 month CRT follow-up, the NYHA class improved from 3.1 ± 0.2 to 2.2 ± 0.3.
Conclusions: Transesophageal electrical IVD and LVD in RV pacemaker pacing may be additional useful ventricular desynchronization parameters to improve P selection for upgrading RV pacemaker pacing to CRT BV pacing.
Hintergrund: Das elektrische interventrikuläre Delay (IVD) ist bei Patienten (P) mit Herzinsuffizienz (HF), reduzierter linksventrikulärer (LV) Funktion und verbreitertem QRS Komplex von Bedeutung für den Erfolg der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT). Die transösophageale LV Elektrokardiographie (EKG) ermöglicht die Bestimmung des elektrischen IVD und linksventrikulären Delays (LVD). Das Ziel der Studie besteht in der Untersuchung des transösophagealen elektrischen IVD, LVD und deren Verhältnis zur QRS Dauer bei rechtsventrikulärer (RV) Stimulation vor Aufrüstung auf eine biventrikuläre (BV) Stimulation.
Methoden: Bei 11 HF P (Alter 69,0 ± 7,9 Jahre; 10 Männer und 1 Frau) mit DDD Schrittmacher (n=10), DDD Defibrillator (n=1) und RV Stimulation, New York Heart Association (NYHA) Klasse 3,0 ± 0,2, LV Ejektionsfraktion 24,5 ± 4,9 % und QRS-Dauer 228,2 ± 44,8 ms wurden das elektrische IVD als Intervall zwischen Beginn des QRS-Komplexes im Oberflächen EKG und Beginn des LV Signals im transösophagealen LV EKG und das elektrische LVD als Intervall zwischen Beginn und Ende des LV Signals im transösophagealen LV EKG präoperativ vor Aufrüstung auf CRT Defibrillator (n=8) und CRT Schrittmacher (n=3) bestimmt. Der Anstieg des arteriellen Pulse Pressure (PP) wurde zwischen RV Stimulation und transösophagealer LV Stimulation mit unterschiedlichem AV-Delay (n=5) vor Aufrüstung von RV auf BV Stimulation getestet.
Ergebnisse: Bei RV Stimulation betrugen IVD 86,54 ± 32,80 ms, LVD 94,45 ± 23,80 ms, QRS-IVD-Verhältnis 2,63 ± 0,81 mit negativer Korrelation zwischen IVD und QRS-IVD-Verhältnis (r=-0,668 P=0,0248) (Fig.) und QRS-LVD-Verhältnis 2,33 ± 0,73. Vorhofsynchrone ventrikuläre Stimulation führte zu 63,6 ± 27,7 mmHg PP bei RV Stimulation und 80,6 ± 38,5 mmHg PP bei LV Stimulation und der PP erhöhte sich bei LV Stimulation mit optimalem AV Delay um 17 ± 11,2 mmHg gegenüber RV Stimulation (P<0,001). Nach Aufrüstung von RV Stimulation auf BV Stimulation verbesserten sich die NYHA Klasse von 3,1 ± 0,2 auf 2,2 ± 0,3 während 30,4 ± 29,6 Monaten CRT.
Schlussfolgerungen: Das transösophageale LV EKG ermöglicht die Bestimmung des elektrischen IVD und LVD bei RV Stimulation zur Evaluierung der interventrikulären und linksventrikulären elektrischen Desynchronisation. IVD, LVD und deren Verhältnis zur QRS Dauer können möglicherweise zur Vorhersage einer CRT Response vor Aufrüstung von RV auf BV Stimulation genutzt werden.
Heart rhythm model and simulation of electrophysiological studies and high-frequency ablations
(2017)
Background: The simulation of complex cardiologic structures has the potential to replace clinical studies due to its high efficiency regarding time and costs. Furthermore, the method is more careful for the patients’ health than the conventional ways. The aim of the study was to create an anatomic CAD heart rhythm model (HRM) as accurate as possible, and to show its usefulness for cardiac electrophysiological studies (EPS) and high-frequency (HF) ablations.
Methods: All natural heart components of the new HRM were based on MRI records, which guaranteed electronic functionality. The software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) was used for the construction, while CST’s material library assured genuine tissue properties. It should be applicable to simulate different heart rhythm diseases as well as various diffusions of electromagnetic fields, caused by electrophysiological conduction, inside the heart tissue.
Results: It was achievable to simulate normal sinus rhythm and fourteen different heart rhythm disturbance with different atrial and ventricular conduction delays. The simulated biological excitation of healthy and sick HRM were plotted by simulated electrodes of four polar right atrial catheter, six polar His bundle catheter, ten polar coronary sinus catheter, four polar ablation catheter and eight polar transesophageal left cardiac catheter (Fig.). Accordingly, six variables were rebuilt and inserted into the anatomic HRM in order to establish heart catheters for ECG monitoring and HF ablation. The HF ablation catheters made it possible to simulate various types of heart rhythm disturbance ablations with different HF ablation catheters and also showed a functional visualisation of tissue heating. The use of tetrahedral meshing HRM made it attainable to store the results faster accompanied by a higher degree of space saving. The smart meshing function reduced unnecessary high resolutions for coarse structures.
Conclusions: The new HRM for EPS simulation may be additional useful for simulation of heart rhythm disturbance, cardiac pacing, HF ablation and for locating and identification of complex fractioned signals within the atrium during atrial fibrillation HF ablation.
Gelingt den Studienanfängern eine strukturierte Ergebnissicherung der Lehrveranstaltungen? Oder sind viele allein schon mit einem vollständigen Mitschrieb überfordert? Laufen aktivierende Methoden, Medienwechsel und der Wunsch nach strukturierter Sicherung der Inhalte des Lehrgesprächs teilweise sogar auseinander? Immer mehr Studierende (möchten) auch per Tablet mitschreiben. Wie könnte man in der Lehre auf diese Aspekte stärker eingehen?
Es wird ein praktischer Ansatz gezeigt, Mathematik-Vorlesungen über ein Tablet-basiertes Mitmach-Skript zu gestalten. Dieses dient als Schrittmacher zwischen Input- und Verarbeitungsphasen und unterstützt die strukturierte Verschriftlichung, indem es Vorteile von Tafel, PPT und klassischem Skript vereint. Traditionelle Methoden werden mit technologischen Möglichkeiten kombiniert, um die angesprochenen Herausforderungen bewusster im Lehrstil zu berücksichtigen. Verbindungen zu Virtual Classroom und Video-gestützter Lehre werden aufgezeigt.
In the past two decades much has been published on whiplash injury, yet both the confusion regarding the condition, and the medicolegal discussion about it have increased. In this paper, functional imaging research results are summarized using MRIcroGL3D visualization software and assembled in an image comprising regions of cerebral activation and deactivation.
Wie in Ausgabe 44 bereits angekündigt startet bwLehrpool im März 2017 offiziell als Landesdienst. Neben der originären Aufgabe der Bereitstellung virtueller Lehrumgebungen in PC-Räumen wurde der Dienst nun
um die Möglichkeit der einfachen und sicheren Durchführung von E-Prüfungen sowie des Pool Video Switch (PVS)-Systems erweitert. bwLehrpool wird bereits an zahlreichen Hochschulen und Universitäten in den unterschiedlichsten Fachberei-
chen erfolgreich eingesetzt.
Gaps in basic math knowledge are among the biggest obstacles to a successful start in university. Students starting their studies in STEM disciplines display significant diversity, “math anxiety” is a widespread phenomenon, and the transition to a self-determined way of studying presents a huge challenge. Universities offer support measures such as preparatory courses. Over the years, Offenburg University realized that with increased diversity, traditional ways of teaching in front of the class have become inefficient. The majority of the students remained inactive and just listened to the teachers’ explanations and the few active participants’ answers.
Since 2013 our new course concept fosters a shift from teaching to active learning on a large scale, involving several hundred participants of our on-site preparatory math courses. This switch to broad active practicing, however, must go hand in hand with providing individual support for an increasingly diverse student body. Meanwhile students bring along their mobile devices, and the training App TeachMatics serves as a facilitator. The course concept has been very well received by both students and teachers.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, die Fähigkeiten des LDC1000 EVM von Texas Instruments (TI) zur hochauflösenden induktiven Distanzmessung, integriert in ein Kraftmesssystem, als Alternative zur Dehnungsmessung mit Dehnungsmessstreifen zu untersuchen. Hierzu wurden zunächst Versuche an einem Wegmessaufbau bezüglich Auflösung, Rauschverhalten und der Qualitätsmerkmale für messtechnische Systeme wie Nullpunktstabilität, Linearität und Hystereseverhalten durchgeführt. Anschließend diente eine entworfene Druckmessdose, mit applizierten Dehnungsmessstreifen als Referenz, zur weiteren Untersuchung der Qualitätsmerkmale und zur Optimierung des LDC1000-Systems. Als Messobjekte zur Abstandsmessung kamen die Werkstoffe AlMgSi0,5, St37, AlCu4Mg1 und 1.4305 verschiedener Geometrien zum Einsatz. Die Ergebnisse bestätigen die Angabe von TI zur Sub-Mikrometer-Auflösung des Systems, ein relativ hoher Rauschanteil beschränkt allerdings die Genauigkeit. Die Resultate der Untersuchungen von Nullpunktstabilität und Hystereseverhalten lassen einen Einsatz im Bereich der Kraftmesstechnik unter gewissen Voraussetzungen zu, das nichtlineare Verhalten der induktiven Wegmessung hingegen macht eine nachträgliche Linearisierung der Messwerte unumgänglich. Diese Bachelorarbeit richtet sich an all diejenigen, die sich detallierter mit Alternativen zur Dehnungsmessung auseinandersetzen oder genauere Untersuchungen zum LDC1000 EVM von TI durchführen.
Durch die Digitalisierung erschlossen sich in den letzten 15 Jahren nicht nur viele Möglichkeiten neues Bildmaterial oder Videomaterial aufzunehmen und zu verwahren, sondern auch die Zugänglichkeit der breiten Masse zu solcher Technologie. Abseits der Datenmengen wie sie Social Media Plattformen tagtäglich verarbeiten, existieren die Sende- und Rundfunkanstalten mit gigantischen Archiven von Videomaterial. Der Großteil davon ist von dokumentarischer oder szenischer Natur sowie verschiedenste Interviews aus allen Bereichen des öffentlichen Lebens.
Nach dem aktuellen Stand wird das Videomaterial von Hand kategorisiert und zur Indizierung verschlagwortet. Die Aufgabe war es nun, diesen Prozess zumindest teilweise zu automatisieren. Dazu sollten auf dem Markt verfügbare Technologien in Bereich der Gesichtserkennung und Texterkennung auf ihre Nutzbarkeit zu diesem Zweck hin evaluiert werden. Dabei soll mit Hilfe der in Interviews verwendeten Bauchbinden das momentan gezeigte Gesicht "gelernt" werden, um es später ohne solche Hilfe wiederzuerkennen.
Implementierung von Softcore-Prozessoren und/oder weiteren IPs (Intellectual Properties) in FPGAs
(2017)
In heutigen Low-Power-Anwendungen ist es mittlerweile Standard sogenannte System-on-a-Chip (SoC)-Systeme zu entwickeln. Diese benötigen eine Recheneinheit, sowie nur die notwendigste Hardware, um die Energieversorgung auch über Energy-Harvesting zu ermöglichen.
Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wurde der aktuelle Stand von verfügbaren Hardcore- und Softcore-Prozessoren evaluiert. Aufgrund der hohen Anforderung an den Prozessor in Low-Power-Systemen, wurden Hardcore-Prozessoren für die weitere Untersuchung ausgeschlossen. Obwohl diese sehr leistungstarke und energieeffiziente Prozessoren sind, weisen Hardcore-Prozessoren nicht die notwendige Flexibilität in einer minimalen Konfiguration auf, um die Ansprüche einer Low-Power-Anwendung zu erfüllen.
Aus diesem Grund wurden von verschiedenen Quellen Softcore-Prozessoren untereinander mit zusätzlich, ausgewählten Kriterien untersucht. Die Wahl fiel auf den NEO430, welcher auf der Architektur des Mikrocontrollers MSP430 von Texas Instrument basiert.
Mit dem NEO430 als Softcore, wurde ein Demonstrator-System entwickelt und auf dem Development-Board DE2-115 von Terasic implementiert. Im Zuge der Entwicklung des Demonstrators wurden weiterhin frei verfügbare IP-Cores zur Anbindung an den NEO430 untersucht. Der Demonstrator umfasste eine selbst entwickelte CRC-Berechnung, um damit die Programmierbarkeit, die Funktionen des NEO430 zu testen und dessen Ressourcenverbrauch, sowie Erweiterbarkeit über der Wishbone-Schnittstelle zu evaluieren.
Die Evaluierung des Demonstrator-Systems ergab einen Ressourcenverbrauch von 1253 Logikelemente des Development-Boards. Neben dem Demonstrator wurden weitere Konfigurationen, wie eine Minimale-, die Standard-Konfiguration und insbesondere eine Konfiguration ohne der Wishbone-Schnittstelle evaluiert.
Durch die starke Verbreitung der MSP430-Serie in der Industrie, ist der NEO430 ein interessanter Kandidat für Low-Power-Systeme
Entwicklung eines miniaturisierten Energieversorgungs-Moduls zur autarken Versorgung von Funkmodulen
(2017)
Diese Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines miniaturisierten Energieversorgungs-Moduls. Das Modul soll gleichzeitig aus drei Energy-Harvestern Energie sammeln und diese in einem Doppelschichtkondensator zwischenspeichern. Diese Energie kann anschließend von einem Funksensorknoten zum Sammeln und Übermitteln von Daten genutzt werden.
Solch ein aufgebautes System verspricht bei einem geringen Volumen eine hohe Lebensdauer,geringen Wartungsaufwand und eine hohe Leistung, ohne dass eine drahtgebundene Energieversorgung oder große Batterien notwendig sind.
Nach dem Erstellen eins Konzepts und der Auswahl der dafür passenden Komponenten wurde zunächst ein Evaluations-Board aufgebaut. Auf diesem wurden alle in Frage kommenden Komponenten vermessen und die Funktion getestet. Aus den dadurch erworbenen Erkenntnissen wurde das miniaturisierte Energieversorgungs-Modul entwickelt. Das miniaturisierte Modul bietet folgende Möglichkeiten: Aus drei verschiedenen Energy Harvestern wird gleichzeitig die Energie gesammelt und aufbereitet. Durch die Nutzung eines effizienten Wandler-Moduls wird bei der Energieaufbereitung eine Effizienz von über 85 % erreicht. Drei Wandler-Module verbrauchen zusammen lediglich eine Leistung von P = 3, 459 µW. Der Maximum Power Point jedes einzelnen Harvesters kann separat eingestellt werden. Auch alle anderen Komponenten werden stromsparend gewählt. Die Energie wird in einem 1, 5 F Doppelschichtkondensator gespeichert. Zusätzlich wird als Backup-Energieversorgung eine Lithium Knopfzelle eingesetzt.
Dadurch können auch sicherheitskritische Anwendungen realisiert werden. Konnte durch die Energy Harvester nicht genügend Energie gesammelt werden, wird die Batterie dem Funksensorknoten zugeschaltet. Das miniaturisierte Modul hat die Maße 20 mm x 40 mm. Nach abschließenden Messungen mit einem neu implementierten Funksensorknoten, der in einer anderen Bachelorthesis entstanden ist [1], wurde eine Sendewiederholrate von 1, 1 s nachgewiesen. Dies stellt einen sehr guten Wert dar und reicht für die meisten Anwendungen aus.
Zuletzt wird aus allen Komponenten inklusive des Funksensorknotens ein Demonstrationsmuster zusammengebaut. Dieses hat die Maße von 5 cm x 5 cm x 5 cm und kann zur weiterführenden Forschung oder als Anschauungsmaterial genutzt werden.
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) is already a well-known concept used widely in the automation industry. In the area of factory automation, OPC UA models the underlying field devices such as sensors and actuators in an OPC UA server to allow connecting OPC UA clients to access device-specific information via a standardized information model. One of the requirements of the OPC UA server to represent field device data using its information model is to have advanced knowledge about the properties of the field devices in the form of device descriptions. The international standard IEC 61804 specifies EDDL (Electronic Device Description Language) as a generic language for describing the properties of field devices. In this paper, the authors describe a possibility to dynamically map and integrate field device descriptions based on EDDL into OPCUA.
This paper describes the Sweaty II humanoid adult size robot trying to qualify for the RoboCup 2017 adult size humanoid competition. Sweaty came 2nd in RoboCup 2016 adult size league. The paper describes the main characteristics of Sweaty that made this success possible, and improvements that have been made or are planned to be implemented for RoboCup 2017.
The Thread protocol is a recent development based on 6LoWPAN (IPv6 over IEEE 802.15.4), but with extensions regarding a more media independent approach, which – additionally – also promises true interoperability. To evaluate and analyse the operation of a Thread network a given open source 6LoWPAN stack for embedded devices (emb::6) has been extended in order to comply with the Thread specification. The implementation covers Mesh Link Establishment (MLE) and network layer functionality as well as 6LoWPAN mesh under routing mechanism based on MAC short addresses. The development has been verified on a virtualization platform and allows dynamical establishment of network topologies based on Thread's partitioning algorithm.
Legacy industrial communication protocols are proved robust and functional. During the last decades, the industry has invented completely new or advanced versions of the legacy communication solutions. However, even with the high adoption rate of these new solutions, still the majority industry applications run on legacy, mostly fieldbus related technologies. Profibus is one of those technologies that still keep on growing in the market, albeit a slow in market growth in recent years. A retrofit technology that would enable these technologies to connect to the Internet of Things, utilize the ever growing potential of data analysis, predictive maintenance or cloud-based application, while at the same time not changing a running system is fundamental.
After having described many different aspects of our team software in previous years, in this paper we take the freedom to describe the magmaChallenge framework provided by the magmaOffenburg team. The framework is used as a benchmark tool to run different challenges like the running challenge in 2014 or the kick accuracy challenge in 2015. This description should serve as a documentation to simplify the maintenance by the community and to add new benchmarks in the future.
Kommentar zu "Intracortical microstimulation of human somatosensory cortex" von Sharlene N. Flesher et al., veröffentlicht in Science Translational Medicine, Vol. 8, No. 361, Seite 361ra141 (DOI: 10.1126/scitranslmed.aaf8083)
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, ein prototypisches Meldesystem für die Bankenaufsicht in einer privaten Cloud zu realisieren. Ferner sollen die Vorteile eines solchen Systems gegenüber bestehenden Systemen abgegrenzt werden. Im ersten Teil wird auf die Entwicklung von Software as a Service-Anwendungen sowie die rechtlichen Grundlagen und Zusammenhänge im Meldewesen eingegangen. Des Weiteren werden das Cloud-Computing und das verwendete Datenformat XBRL durchleuchtet. Anschließend werden bestehende Meldesysteme verglichen. Dabei stehen die unterschiedlichen Bereitstellungsarten im Fokus. Zur Erreichung des Ziels der Thesis wird ein Proof of Concept anhand einer Beispielmeldung aus dem Großkreditmeldewesen umgesetzt. Diese Meldung erfordert sowohl das Befüllen von PDF-Formularen sowie das Erstellen von XBRL-Dateien. Für die Umsetzung wird eine Testumgebung aufgebaut, mit welcher es bedingt möglich ist, reale Bedingungen zu simulieren. Nach einer Evaluation wird hierfür das Platform as a Service-System Openshift verwendet. Damit ist es möglich, eine Private Cloud zu erstellen, auf der eine Java EE Anwendung als Reporting as a Service-Lösung zur Verfügung gestellt wird. Deren Funktionsumfang umfasst das Einlesen, Prüfen, Konvertieren und Validieren von Daten sowie das Versenden von Meldungen zur Bankenaufsicht. Um die heterogenen Systeme im Finanzumfeld abzudecken, werden Testdaten als CSV, XLS und via Datenbank bereitgestellt. Die Tests mit diesen Daten sind sehr positiv. So ist es möglich, Daten aus allen Datenquellen einzulesen und mittels einer Plausibilitätsliste der Bundesbank zu prüfen. Anschließend können die Daten in eines der geforderten Formate PDF oder XBRL konvertiert werden. Durch den Ansatz einer privaten Cloud-Lösung können einige Sicherheitsbedenken ausgeschlossen werden, ohne auf die Vorteile wie Lastverteilung, Multitenancy, Skalierbarkeit und hohe Kompatibilität verzichten zu müssen. Abschließend werden in einer Schlussbetrachtung die Ergebnisse vorgestellt und ein Ausblick für die Zukunft gegeben.
A new yield function for lamellar gray cast iron materials is proposed. The new model is able to describe the results of recently performed microstructure-based finite-element computations that resolve the three dimensional yield surface of three different gray cast irons. The yield function requires only the yield stress in tension and compression of the respective material as model parameters. Furthermore, the algorithmic formulation of the new model is assessed for numerical robustness and efficiency.
Elektronische Pille zur steuerbaren Abgabe einer Substanz in einem menschlichen oder tierischen Körper, (a) mit einem Gehäuse (3), in welchem die abzugebende Substanz (17) aufgenommen und in welchem eine Abgabeöffnung (47) zur Abgabe der Substanz (17) vorgesehen ist, wobei die Substanz (17) zur Abgabe aus dem Gehäuse (3) mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt ist, (b) mit einer elektronischen Steuereinheit (53, 59, 61, 63), und (c) mit einer im Verlauf eines Abgabepfades angeordneten Ventileinheit (33), welche von der Steuereinheit (53, 59, 61, 63) von einer Geschlossen- Stellung in eine Geöffnet-Stellung steuerbar ist und umgekehrt, (d) dadurch gekennzeichnet, (e) dass die Ventileinheit (33) eine von der elektronischen Steuereinheit (53, 59, 61, 63) ansteuerbare Heizeinheit (49) umfasst, (f) dass die Ventileinheit (33) ein Schaltelement (39) umfasst, welches in der Geschlossen-Stellung zumindest mit einem Teilbereich dichtend an einem Ventilsitz (37) der Ventileinheit (33) anliegt und welches von der Heizeinheit (49) beheizbar ist, (g) dass das Schaltelement (39) zwei temperaturabhängige stabile Schaltstellungen aufweist, welche durch eine Formänderung des Schaltelements (39) definiert sind, und (h) die Heizeinheit (49) an der dem Ventilsitz (37) abgewandten Seite des Schaltelements (39) angeordnet und integriert mit dem Schaltelement (39) ausgebildet ist (i) wobei die Steuereinheit (53, 59, 61, 63) zum Öffnen der Ventileinheit (33) die Heizeinheit (49) aktiviert, so dass das Schaltelement (39) bei Überschreiten einer Schwellentemperatur aus der Geschlossen-Stellung in die Geöffnet-Stellung geschaltet wird und (j) wobei die Steuereinheit (53, 59, 61, 63) zum Schließen der Ventileinheit (33) die Heizeinheit (49) deaktiviert, so dass das Schaltelement bei Unterschreiten einer Schwellentemperatur aus der Geöffnet-Stellung in die Geschlossen-Stellung schaltet.
Cardiac resynchronization therapy is an established therapy for heart failure patients. The aim of the study was to evaluate electrical left cardiac atrioventricular delay and interventricular desynchronization in sinus rhythm cardiac resynchronization therapy responder and non-responder. Cardiac electrical desynchronization were measured by surface ECG and focused transesophageal bipolar left atrial and left ventricular ECG before implantation of cardiac resynchronization therapy defibrillators. Preoperative electrical cardiac desynchronization was 195.7 ± 46.7 ms left cardiac atrioventricular delay and 74.8 ± 24.5 ms interventricular delay in cardiac resynchronization therapy responder. Cardiac resynchronization therapy responder New York Heart Association class improved during long term biventricular pacing. Transesophageal left cardiac atrioventricular delay and interventricular delay may be additional useful parameters to improve patient selection for cardiac resynchronization therapy.
In contrast to conventional aortic valve replacement, the Transcatheter Aortic Valve Implantation (TAVI) is a new highly specialist alternative to surgical valve replacement for patients with symptomatic severe aortic stenosis and high operative risk. The procedure was performed in a minimally invasive way and was introduced at the university heart centre, Freiburg – Bad Krozingen in 2008. The results have been getting better and better over the years. The aim of the investigation is the analysis of electrocardiogram conduction time and the electrocardiography changes recorded hours and days after the procedure depending on artificial heart valve models, which may lead to pacemaker implantation, even the analysis of the effectiveness of treatment.
Transthoracic impedance cardiography (ICG) is a non-invasive method for determination of hemodynamic parameters. The basic principle of transthoracic ICG is the measurement of electrical conductivity of the thorax over the time. The aim of the study was the analysis of hemodynamic parameters from healthy individuals and the evaluation of various hemodynamic monitoring devices. Fourteen men (mean age 25 ± 4.59 years) and twelve women (mean age 24 ± 3.5 years) were measured during the cardiovascular engineering laboratory at Offenburg University of Applied Sciences, Offenburg, Germany. The ICG recordings were measured with the devices CardioScreen 1000, CardioScreen 2000 and TensoScreen with the corresponding Software Cardiovascular Lab 2.5 (Medis Medizinische Messtechnik GmbH, Illmenau, Germany). In order to create identical frame conditions, all measurements were recorded in the same position and for the same duration. Various positions were simulated from horizontal lying position to vertical standing position. Altogether, more than 30 hemodynamic parameters were measured.
Components of rocket engines as actively cooled combustion chambers must withstand high pressure as well as severe and complex thermal transients. While the thermal transients result in temperature gradients and, thus, in constraint thermal strains, the pressure load induces mean stresses. To assess the mechanical behaviour of such components during design via finite-element calculations, constitutive models are necessary that describe the time- and temperature-dependent plasticity of the material appropriately.
Advanced models account for viscoplastic deformations including isotropic and kinematic hardening, recovery and ratcheting. However, the models contain a relatively large number of temperature-dependent material properties that must be determined on the basis of data of material tests. The determination of the properties is a non-trivial task because it is not clear which loading history must be applied in the tests for a certain material to obtain stable and robust (i.e. objective) material properties. Consequently, the determined properties are depending on the underlying loading history in the tests as well as on the experience and valuation of the person that determined the properties. This results in uncertainties during the assessment of the components that must be faced with conservative designs leading to negative consequences in terms of mass and costs.
It is the aim of this work funded by the European Space Agency ESA to derive a procedure to determine stable and robust material properties of an advanced viscoplastic constitutive model for aerospace materials. To this end, a special loading history is applied in isothermal material tests conducted with copper at different temperatures in the temperature range from 300 to 700 K. To determine the material properties and to assess stability and robustness methods for numerical optimization as well as analytical and statistical methods are used. The determined material properties are validated on the basis of results of thermomechanical material tests also conducted in the temperature range from 300 to 700 K.
The ability to detect a target signal masked by noise is improved in normal-hearing listeners when interaural phase differences (IPDs) between the ear signals exist either in the masker or in the signal. To improve binaural hearing in bilaterally implanted cochlear implant (BiCI) users, a coding strategy providing the best possible access to IPD is highly desirable. In this study, we compared two coding strategies in BiCI users provided with CI systems from MED-EL (Innsbruck, Austria). The CI systems were bilaterally programmed either with the fine structure processing strategy FS4 or with the constant rate strategy high definition continuous interleaved sampling (HDCIS). Familiarization periods between 6 and 12 weeks were considered. The effect of IPD was measured in two types of experiments: (a) IPD detection thresholds with tonal signals addressing mainly one apical interaural electrode pair and (b) with speech in noise in terms of binaural speech intelligibility level differences (BILD) addressing multiple electrodes bilaterally. The results in (a) showed improved IPD detection thresholds with FS4 compared with HDCIS in four out of the seven BiCI users. In contrast, 12 BiCI users in (b) showed similar BILD with FS4 (0.6 ± 1.9 dB) and HDCIS (0.5 ± 2.0 dB). However, no correlation between results in (a) and (b) both obtained with FS4 was found. In conclusion, the degree of IPD sensitivity determined on an apical interaural electrode pair was not an indicator for BILD based on bilateral multielectrode stimulation.