Refine
Year of publication
- 2021 (121) (remove)
Document Type
- Conference Proceeding (50)
- Article (reviewed) (31)
- Bachelor Thesis (16)
- Book (4)
- Contribution to a Periodical (4)
- Doctoral Thesis (4)
- Letter to Editor (4)
- Report (4)
- Part of a Book (2)
- Master's Thesis (1)
Conference Type
- Konferenzartikel (43)
- Konferenz-Abstract (5)
- Konferenz-Poster (1)
- Konferenzband (1)
Keywords
- Götz von Berlichingen (4)
- Blockchain (3)
- Generative Adversarial Network (3)
- Handprothese (3)
- neural networks (3)
- printed electronics (3)
- Augmented Reality (2)
- Data Science (2)
- Machine Learning (2)
- Predictive maintenance (2)
Institute
- Fakultät Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik (EMI) (ab 04/2019) (121) (remove)
Open Access
- Open Access (64)
- Closed Access (56)
- Bronze (6)
- Closed (1)
- Diamond (1)
- Grün (1)
Artificial intelligence (AI), and in particular machine learning algorithms, are of increasing importance in many application areas but interpretability and understandability as well as responsibility, accountability, and fairness of the algorithms' results, all crucial for increasing the humans' trust into the systems, are still largely missing. Big industrial players, including Google, Microsoft, and Apple, have become aware of this gap and recently published their own guidelines for the use of AI in order to promote fairness, trust, interpretability, and other goals. Interactive visualization is one of the technologies that may help to increase trust in AI systems. During the seminar, we discussed the requirements for trustworthy AI systems as well as the technological possibilities provided by interactive visualizations to increase human trust in AI.
MINT-College TIEFE
(2021)
Das Projekt MINT-College TIEFE konnte in der zweiten Förderperiode die verschiedenen Maßnahmen der vorangegangenen Förderperiode weiter ausbauen und verstetigen. Die Angebote im Rahmen des Projekts MINT-College TIEFE begleiteten die Studierenden über den Student-Life-Cycle hinweg über das komplette Studium der technischen Studiengänge, beginnend in der Schule und endend beim Übergang in den Beruf. Um die Qualität der Lehre an der Hochschule Offenburg zu verbessern, wurden darüber hinaus verschiedene digital unterstützte Lehrformate weiterentwickelt und ausgebaut. Zentrale Angebote des MINT-College, das 2019 zentrale Einrichtung der Hochschule Offenburg wurde, sind die für die Studieneingangsphase entwickelten Angebote der Einführungstage, des Mentorenprogramms, der Brückenkurse, des Lernzentrums und Angebote für den Übergang in den Beruf, wie das Gründerbüro. Die mediendidaktischen Unterstützungsangebote für Lehrende unterstützten den Lernkulturwandel an der Hochschule. Es wurden systematisch nachhaltige Strukturen aufgebaut, um Innovationen für das Lehren und das Lernen auch künftig entwickeln, erproben und etablieren zu können.
Der verstärkte Einsatz von Wärmepumpen bei der Realisierung einer klimaneutralen Wärmeversorgung führt zu einer signifikanten Zunahme und Änderung der elektrischen Lasten in den Verteilnetzen. Daher gilt es, Wärmepumpen so zu steuern, dass sie Verteilnetze wenig belasten oder sogar unterstützen.
Inhalt des Projekts „PV²WP - PV Vorhersage für die netzdienliche Steuerung von Wärmepumpen“ (Projektlaufzeit 1.07.2018 – 30.06.2021) war die Demonstration eines neuen Ansatzes zur Steuerung von Heizungssystemen, die auf Wärmepumpen und thermischen Speichern basieren und in Kombination mit einer Photovoltaikanlage betrieben werden. Das übergeordnete Ziel war dabei die Verbesserung der Netzintegration und Smart-Grid-Tauglichkeit entsprechender Heizungssysteme durch eine kostengünstige Technologie bei gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit.
Dabei wurden drei zukunftsweisende Technologien in Kombination genutzt und demonstriert: wolkenkamerabasierte Kurzfristprognosen, prädiktive Steuerung und Regelung sowie machinelearning-basierte Systemmodellierung als Basis für die Optimierung. Als Demonstrationsumgebung diente mit dem Projekthaus Ulm ein real bewohntes Einfamilienhaus.Umweltforschung
Digital transformation strengthens the interconnection of companies in order to develop optimized and better customized, cross-company business models. These models require secure, reliable, and traceable evidence and monitoring of contractually agreed information to gain trust between stakeholders. Blockchain technology using smart contracts allows the industry to establish trust and automate cross-company business processes without the risk of losing data control. A typical cross-company industry use case is equipment maintenance. Machine manufacturers and service providers offer maintenance for their machines and tools in order to achieve high availability at low costs. The aim of this chapter is to demonstrate how maintenance use cases are attempted by utilizing hyperledger fabric for building a chain of trust by hardened evidence logging of the maintenance process to achieve legal certainty. Contracts are digitized into smart contracts automating business that increase the security and mitigate the error-proneness of the business processes.
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.
MPC-Workshop Februar 2020
(2021)
Im Jahre 2010 bot die Hochschule Offenburg ein Medizintechnikstudium mit dem Schwerpunkt ’Kardiologie, Elektrophysiologie und elektronische kardiologische Implantate’ als Bachelor- und später auch Masterstudiengang an. Ziel des auf diesen Schwerpunkt ausgelegten didaktischen Lehrkonzeptes ist die Vermittlung sofort anwendungsbereiten theoretischen Wissens und praktischen Könnens, welches die Absolventinnen und Absolventen in ihrer künftigen Berufsausübung in der Industrie oder als technische Partner der behandelnden Ärztinnen und Ärzte in hochspezialisierten klinischen Einrichtungen benötigen.
Aufgrund fehlender kommerzieller Angebote ist zur Umsetzung dieses Lehrkonzeptes die ingenieurtechnische Realisierung geeigneter Lehrmittel zwingend erforderlich. Dies betrifft die hard- und softwareseitige Erstellung visueller Demonstrationsmöglichkeiten für pathologische und implantatinduzierte Herzrhythmen, sowie die synthetische Bereitstellung originalgetreuer elektrokardiographischer Ableitsignale aus der klinischen Routine. Des Weiteren den Aufbau von in-vitro Trainingssystemen zu Therapien mit elektronischen kardiologischen Implantaten sowie zur Hochfrequenz-Katheterablation.
Insbesondere die Wahlfächer ’Programmierung von Herzschrittmachern’ und ‚Programmierung von Defibrillatoren’, deren Besuch den Teilnehmenden einen besonders raschen Berufseinstieg ermöglichen sollte, wurden in didaktischer Hinsicht in engem Bezug zum 4-Komponenten-Instruktionsdesign-Modell der Lehre gestaltet.
Durch den kontinuierlichen Einsatz der Instrumente der formativen Evaluation gelangen sowohl deutliche Verbesserungen am Gesamtkonzept der Lehrveranstaltungen als auch an den dort eingesetzten, selbst realisierten Lösungen des benannten speziellen Lehr- und Trainingsequipments.
Eine summative Evaluation des Lehrkonzeptes ist aufgrund seines Alleinstellungsmerkmals schwierig. Aus diesem Grund erschien die quantitative Prüfung des Einflusses eines Besuchs des praktisch orientierten Wahlfachs ’Programmierung von Herzschrittmachern’ auf die Note der kombinierten Abschlussklausur in den Fächern ’Elektrokardiographie’ und ’Elektrostimulation’ sinnvoll. In diese Evaluation eingeschlossen wurde eine Kohorte von 221 Studierenden, 76 Frauen und 145 Männer, von denen 93 am Wahlfach nicht teilnahmen und 128 die es besucht hatten.
Über 7 zusammengefasste Studienjahre zeigte sich, dass die praktische Ausbildung im Wahlfach ’Programmierung von Herzschrittmachern’ das Leistungsniveau der Studierenden der Medizintechnik in der kombinierten Abschlussprüfung ’Elektrokardiographie und Elektrostimulation’ deutlich beeinflusste.
Das im Rahmen dieser Arbeit mitgestaltete Lehrkonzept, die realisierten Lehrmaterialien und Lehrumgebungen wurden im Bachelor- und Masterstudiengang der Medizintechnik an der Hochschule Offenburg in den Praktika, Seminaren und Vorlesungen des Schwerpunktes ’Kardiologie, Elektrophysiologie und elektronische kardiologische Implantate’ vielfältig genutzt. Sie ermöglichten die Gestaltung interaktiver praktischer Weiterbildungsveranstaltungen für ärztliches und mittleres medizinisches Personal und für auf diesen Gebieten tätige medizintechnische Firmen.
Significant progress in the development and commercialization of electrically conductive adhesives has been made. This makes shingling a very attractive approach for solar cell interconnection. In this study, we investigate the shading tolerance of two types of solar modules based on shingle interconnection: first, the already commercialized string approach, and second, the matrix technology where solar cells are intrinsically interconnected in parallel and in series. An experimentally validated LTspice model predicts major advantages for the power output of the matrix layout under partial shading. Diagonal as well as random shading of a 1.6-m2 solar module is examined. Power gains of up to 73.8 % for diagonal shading and up to 96.5 % for random shading are found for the matrix technology compared to the standard string approach. The key factor is an increased current extraction due to lateral current flows. Especially under minor shading, the matrix technology benefits from an increased fill factor as well. Under diagonal shading, we find the probability of parts of the matrix module being bypassed to be reduced by 40 % in comparison to the string module. In consequence, the overall risk of hotspot occurrence in matrix modules is decreased significantly.
A versatile liquid metal (LM) printing process enabling the fabrication of various fully printed devices such as intra- and interconnect wires, resistors, diodes, transistors, and basic circuit elements such as inverters which are process compatible with other digital printing and thin film structuring methods for integration is presented. For this, a glass capillary-based direct-write method for printing LMs such as eutectic gallium alloys, exploring the potential for fully printed LM-enabled devices is demonstrated. Examples for successful device fabrication include resistors, p–n diodes, and field effect transistors. The device functionality and easiness of one integrated fabrication flow shows that the potential of LM printing is far exceeding the use of interconnecting conventional electronic devices in printed electronics.
Das hier vorgestellte System verbindet das neue Konzept der Peer-to-Peer-Navigation mit dem Einsatz von Augmented Reality zur Unterstützung von bettseitig durchgeführten externen Ventrikeldrainagen. Das sehr kompakte und genaue Gesamtsystem beinhaltet einen Patiententracker mit integrierter Kamera, eine Augmented-Reality-Brille mit Kamera und eine Punktionsnadel bzw. einen Pointer mit zwei Trackern, mit dessen Hilfe die Anatomie des Patienten aufgenommen wird. Die exakte Position und Richtung der Punktionsnadel wird unter Zuhilfenahme der aufgenommenen Landmarken berechnet und über die Augmented-Reality-Brille für den Chirurgen sichtbar auf dem Patienten dargestellt. Die Methode zur Kalibrierung der statischen Transformationen zwischen Patiententracker und daran befestigter Kamera beziehungsweise zwischen den Trackern der Punktionsnadel sind für die Genauigkeit sehr wichtig und werden hier vorgestellt. Das Gesamtsystem konnte in vitro erfolgreich getestet werden und bestätigt den Nutzen eines Peer-to-Peer-Navigationssystems.
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.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation eines Netzwerkgeräts für die drahtlose Kommunikation, insbesondere eines Netzwerk-Endgeräts, in einem Drahtlosnetzwerk, wobei das Netzwerkgerät einen integrierten Schaltkreis für die drahtlose Kommunikation (IWC), eine Synchronisationsevent-Detektoreinrichtung (SED) für das Detektieren von Synchronisationsevents, einen steuerbaren Clock-Generator (CCG) für das Erzeugen eines synchronisierten Zeitsignals TCCGund eine Synchronisationssteuereinrichtung (SCD) zur Steuerung des Synchronisationsvorgangs des Netzwerkgeräts umfasst. In dem Netzwerkgerät werden während einer Synchronisationsphase folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Zunächst wird ein Synchronisations-Frame empfangen und ein Synchronisations-Timestamp TAPdetektiert. Anschließend wird ein Timestamp TBmittels einer im IWC enthaltenen IWC-Clock erzeugt, der die Empfangszeit des Synchronisations-Frames definiert. In einem weiteren Schritt wird an einem Port des IWC ein Potenzialwechsel erzeugt, der einen Synchronisationsevent darstellt. Weiterhin wird ein Timestamp TSEmittels der IWC-Clock erzeugt, der den Zeitpunkt des Synchronisationsevents definiert. Die SED detektiert den Synchronisationsevent durch Auswerten der zeitlichen Länge des Potenzialwechsels des Ports des IWC und erzeugt einen Timestamp TSunter Verwendung des synchronisierten Zeitsignals TCCG, wobei der Timestamp TSdenselben Zeitpunkt des Synchronisationsevents definiert wie der Timestamp TSE. Die Timestamps TAP, TB, TSEund TS, die mittels Verarbeitung von ein oder mehreren Synchronisationsevent-Frames gemäß den Schritten (a) bis (d) ermittelt wurden, werden dann zur Synchronisierung des vom CCG erzeugten synchronisierten Zeitsignals TCCGauf das Master-Zeitsignal verwendet.
Physically Unclonable Functions (PUFs) are hardware-based security primitives, which allow for inherent device fingerprinting. Therefore, intrinsic variation of imperfect manufactured systems is exploited to generate device-specific, unique identifiers. With printed electronics (PE) joining the internet of things (IoT), hardware-based security for novel PE-based systems is of increasing importance. Furthermore, PE offers the possibility for split-manufacturing, which mitigates the risk of PUF response readout by third parties, before commissioning. In this paper, we investigate a printed PUF core as intrinsic variation source for the generation of unique identifiers from a crossbar architecture. The printed crossbar PUF is verified by simulation of a 8×8-cells crossbar, which can be utilized to generate 32-bit wide identifiers. Further focus is on limiting factors regarding printed devices, such as increased parasitics, due to novel materials and required control logic specifications. The simulation results highlight, that the printed crossbar PUF is capable to generate close-to-ideal unique identifiers at the investigated feature size. As proof of concept a 2×2-cells printed crossbar PUF core is fabricated and electrically characterized.
Printed electronics (PE) offers flexible, extremely low-cost, and on-demand hardware due to its additive manufacturing process, enabling emerging ultra-low-cost applications, including machine learning applications. However, large feature sizes in PE limit the complexity of a machine learning classifier (e.g., a neural network (NN)) in PE. Stochastic computing Neural Networks (SC-NNs) can reduce area in silicon technologies, but still require complex designs due to unique implementation tradeoffs in PE. In this paper, we propose a printed mixed-signal system, which substitutes complex and power-hungry conventional stochastic computing (SC) components by printed analog designs. The printed mixed-signal SC consumes only 35% of power consumption and requires only 25% of area compared to a conventional 4-bit NN implementation. We also show that the proposed mixed-signal SC-NN provides good accuracy for popular neural network classification problems. We consider this work as an important step towards the realization of printed SC-NN hardware for near-sensor-processing.
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.
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.
Emerging applications in soft robotics, wearables, smart consumer products or IoT-devices benefit from soft materials, flexible substrates in conjunction with electronic functionality. Due to high production costs and conformity restrictions, rigid silicon technologies do not meet application requirements in these new domains. However, whenever signal processing becomes too comprehensive, silicon technology must be used for the high-performance computing unit. At the same time, designing everything in flexible or printed electronics using conventional digital logic is not feasible yet due to the limitations of printed technologies in terms of performance, power and integration density. We propose to rather use the strengths of neuromorphic computing architectures consisting in their homogeneous topologies, few building blocks and analog signal processing to be mapped to an inkjet-printed hardware architecture. It has remained a challenge to demonstrate non-linear elements besides weighted aggregation. We demonstrate in this work printed hardware building blocks such as inverter-based comprehensive weight representation and resistive crossbars as well as printed transistor-based activation functions. In addition, we present a learning algorithm developed to train the proposed printed NCS architecture based on specific requirements and constraints of the technology.
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.