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The Humboldt Portal has been designed and implemented as part of an ongoing research project to develop an information system on the Internet to share the documents and rare books of Alexander von Humboldt, a 19th century German scientist and explorer, who viewed the natural world holistically and described the harmony of nature among the diversity of the physical world. Even after more than two centuries he is admired for his ability to see the natural world and human nature in the context of a complex network of relationships. The design and implementation of the Humboldt Portal are also oriented to support further research on Humboldt’s intellectual perspective.
Although all of Humboldt's works can be found on the internet as digitized documents, the complexity and internal inter-connectivity of his vision of nature cannot be adequately represented only by digitized papers or scanned documents in digital libraries.
As a consequence a specific portal of the Humboldt's documents was developed, which extends the standards of digital libraries and offers a technical approach for the adequate presentation of highly interconnected data.
Due to the continuous scientific and literary research, new insights and requirements for the digital presentation of Humboldt documents are constantly emerging, so that this article only provides a summary of the concepts realized at now. Consequently, the design and implementation of the Humboldt Portal is both: a consequence of a continuing research project and oriented to support more research on Humboldt´s intellectual holistic perspective, which was an anticipation to the System Approach of the last Century.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Testung eines an der TU München entwickelten Biosignalverstärkers zur Registrierung von auditorisch evozierten Potentialen. Ziel dieses Projekts ist die Charakterisierung dieses Verstärkers. Dabei soll geprüft werden, ob der Verstärker AEPs registrieren und um verstellbare Faktoren verstärken kann. Dafür wurde eine MATLAB – Software implementiert, die es erlaubt über eine Soundkarte akustische Signale mittels Kopfhörer auszugeben und zeitgleich die vom Verstärker registrierten Potentiale einzulesen, zu Mitteln und sie grafisch darzustellen.
Erste Versuche wurden mit der Loop Back Box von Interacoustics, einem Schwingkreis, der einen künstlichen Patienten simuliert, durchgeführt. Diese Versuchsreihen zeigten, dass reale Signale gemessen werden. Anschließend konnten Probandenmessungen mit dem Verstärker und Referenzmessungen mit der Eclipse von Interacoustics durchgeführt werden. Bei sämtlichen Messreihen zeigte sich im Vergleich der beiden Systeme hohe Ähnlichkeit der Kurvenverläufe. Insbesondere das zeitliche Auftreten der Jewett V, der größten gemessenen Amplitude, war nahezu identisch. Allerdings stimmen die Amplitudenwerte nicht überein. Während die Amplitude der Jewett V bei Messungen mit der Eclipse um die 1µV erreichte, war die Amplitude beim Verstärker nur ein bis zwei Nanovolt groß. Damit ist die Verstärkung um ein tausendfaches geringer als bei der Eclipse.
Anhand der gewonnenen Erkenntnisse konnten Hardware technische Optimierungen evaluiert und diskutiert werden.
Smart Home Security
(2022)
Interoperabilität zwischen Kommunikationsstandards im Smart Home Umfeld wird durch die steigende Anzahl an Geräten und Herstellern zu einer immer größeren Herausforderung. Nutzer müssen genau darauf achten, dass keine Probleme durch die Nutzung mehrerer Kommunikationsstandards entstehen. Oft sind nur Geräte desselben Herstellers oder einer Gruppe von Herstellern vollständig kompatibel, sodass zwangsweise eine Bindung zu den Herstellern aufgebaut wird. Zusätzlich haben die bereits etablierten Standards zahlreiche bekannte Sicherheitslücken, die bei einer unsauberen Implementierung von Angreifern ausgenutzt werden können.
Der neue Kommunikationsstandard Matter der Connectivity Standards Alliance (CSA) verspricht, diese Probleme zu lösen. Matter basiert auf den bereits existierenden Protokollen WiFi, Bluetooth und Thread und zählt bereits viele der großen Smart Home Hersteller, wie Google, Amazon, Apple, Philips und Signify, zu seinen Partnern. Außerdem soll die Sicherheit Matters für den Endnutzer ein fundamentaler Grundsatz in der Entwicklung sein. Die finale Veröffentlichung des Matter-Standards wird laut der CSA im Herbst 2022 erwartet.
Diese Bachelorthesis hat zum Ziel, Matter anhand des Entwurfs und der bereits öffentlichen Referenzimplementierung auf Schwachstellen im Bereich der Informationssicherheit zu untersuchen. Zur Bewertung der konzeptionellen Sicherheitsmaßnahmen werden unter anderem die Funktionsweise, die Einschätzung der Bedrohungslage, die gewählten Sicherheitsprinzipien für die Entwicklung und die Rolle des Datenschutzes betrachtet.
Im Anschluss werden einerseits bestehende Sicherheitslücken und Schwachstellen in den genutzten Kommunikationsprotokollen betrachtet, aber auch praktische Angriffe gegen Matter werden auf Basis der Betrachtung durchgeführt. Dazu werden sowohl ein Replay Attack als auch ein Deauthentication Attack gegen die Referenzimplementierung
durchgeführt.
Abschließend soll die Frage geklärt werden, ob Matter ein ausreichendes Maß an Sicherheit bieten und für Nutzer einen Vorteil schaffen kann.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Nutzung von Reinforcement Learning in der Informationsbeschaffungs-Phase eines Penetration Tests. Es werden Kernprobleme in den bisherigen Ansätzen anderer das Thema betreffender wissenschaftlicher Arbeiten analysiert und praktische Lösungsansätze für diese bisherigen Hindernisse vorgestellt und implementiert. Die Arbeit zeigt damit eine beispielhafte Implementierung eines Reinforcement Learning Agenten zur Automatisierung der Informationsbeschaffungs-Phase eines Penetration Tests und stellt Lösungen für existierende Probleme in diesem Bereich dar.
Eingebettet wird diese wissenschaftliche Arbeit in die Anforderungen der Herrenknecht AG hinsichtlich der Absicherung des Tunnelbohrmaschinen-Netzwerks. Dabei werden praktische Ergebnisse des eigen entwickelten Reinforcement Learning Modells im Tunnelbohrmaschinen-Test-Netzwerk der Herrenknecht AG vorgestellt.
Das Ziel des Projekts PRYSTINE war es, eine fehlertolerante 360°-Rundumwahrnehmung für das hochautomatisierte Fahren in städtischen und ländlichen Umgebungen, auf Basis einer robusten Radar- und Lidar-Sensorfusion sowie Kontrollfunktionen, zu realisieren.
Im Teilvorhaben "Entwurf der Systemarchitektur von Radarsensoren auf Grundlage identifizierter Szenarien" stand die Entwicklung eines zukunftsfähigen RF-CMOS basierten Radarsystems im Fokus, das sich durch eine hohe Robustheit und Fehlertoleranz bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten, Chipfläche und Leistungsaufnahme auszeichnet.
Darin war die Hochschule Offenburg sowohl an der Spezifizierung und am Entwurf einer Systemarchitektur für einen neuartigen RF-CMOS basierten Radarchip als auch an der anschließenden Untersuchung und Validierung des im Projekt realisierten hochauflösenden Radarsensors beteiligt.
Selbsttests in Lernmanagementsystemen (LMS) ermöglichen es Studierenden, den eigenen Lernfortschritt einzuschätzen. Im Gegensatz zur Einreichung und Korrektur vollständig ausformulierter Aufgabenlösungen nutzen LMS überwiegend die Eingabe der Lösung im Antwort-Auswahl-Verfahren (Single-Choice). Nach didaktischen Ansatz „Physik durch Informatik“ geben die Lernenden stattdessen ihre Aufgabenlösungen in einer Programmiersprache ins LMS ein, was eine automatisierte Rückmeldung erleichtert und das Erreichen einer höheren Kompetenzstufe fördert. Es wurden zehn LMS-Selbsttests erstellt, bei denen die Lösungen zu einer Lehrbuch-Aufgabenstellung jeweils durch Eingabe in einer Programmiersprache und von einer Kontrollgruppe im Antwort-Auswahl-Verfahren abgefragt wurden. Ergebnisse aus dem ersten Einsatz dieser Selbsttests für die Lehrveranstaltung Physik im Studiengang Biotechnologie werden vorgestellt.
Planung, Bau und Inbetriebnahme einer Anlage zur Entspannungsverdampfung im Technikums-Maßstab
(2023)
Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Anlage im Technikums-Maßstab für den Prozess der kontinuierliche Entspannungsverdampfung zu planen, zu bauen und in Betrieb zu nehmen. Ausgangspunkt der Arbeit ist die Entspannungsverdampfungs-Anlage „EVERDA“ der Hochschule Offenburg, welche in Batch-Fahrweise betrieben wurde.
Zur Erreichung dieses Ziels wurden die folgenden Punkte bearbeitet:
• Aufstellung von thermodynamischen Berechnungsgleichungen.
• Beschreibung der Entspannungsverdampfung in Batch-Fahrweise.
• Bewertung von Anlagenkomponenten der EVERDA in Batch-Fahrweise hinsichtlich ihrer Wiederverwendbarkeit für den kontinuierlichen Betrieb.
• Aufstellung der Rahmenbedingung für den kontinuierlichen Betrieb.
• Erstellung und Beschreibung eines detaillierten Anlagenkonzeptes für den kontinuierlichen Betrieb.
• Durchführung von Prozess-Simulationen mit dem neuen Konzept.
• Auslegung der Komponenten auf Basis der Rahmenbedingung und den Ergebnissen der Simulation.
• Entwurf und Aufbau der elektrischen Verschaltung zur Anlagensteuerung.
• Bau und Inbetriebnahme der Anlage.
Physik durch Informatik
(2022)
Selbsttests in Lernmanagementsystemen (LMS) ermöglichen es Studierenden, den eigenen Lernfortschritt einzuschätzen. Das didaktische Konzept Physik durch Informatik (PDI) ist charakterisiert durch die Nutzung einer Programmiersprache zur Lösungseingabe bei Mathematik und Physik-Aufgaben. Im Gegensatz zur Lösungseingabe durch Zahlenwerte oder im Antwort-Auswahl-Verfahren erfordert die Implementierung einer Lösung in einer Programmiersprache eine höhere Kompetenzstufe.
During the coronavirus crisis, labs had to be offered in digital form in mechanical engineering at short notice. For this purpose, digital twins of more complex test benches in the field of fluid energy machines were used in the mechanical engineering course, with which the students were able to interact remotely to obtain measurement data. The concept of the respective lab was revised with regard to its implementation as a remote laboratory. Fortunately, real-world labs were able to be fully replaced by remote labs. Student perceptions of remote labs were mostly positive. This paper explains the concept and design of the digital twins and the lab as well as the layout, procedure, and finally the results of the accompanying evaluation. However, the implementation of the digital twins to date does not yet include features that address the tactile experience of working in real-world labs.
In den letzten Jahren entstand ein regelrechter Hype um das Thema Kryptowährungen und sie sind in Gesellschaft, Politik und Wirtschaft kaum noch wegzudenken. Trotz der hohen Volatilität und des Risikos für Investoren werden Kryptowährungen teilweise auch als eine Alternative für herkömmliche Währungen angesehen. Daher stellt sich die Frage, ob die Einstellung zu Kryptowährungen und auch das Investitionsverhalten auf einer sorgfältigen Auseinandersetzung von Argumenten basiert. Dafür wurde die Forschungsfrage: „Basieren Kaufverhalten und Einstellung zu Kryptowährungen eher auf der intensiven Auseinandersetzung mit tatsächlichen Argumenten oder auf oberflächlichen Reizen?“ aufgestellt. Zur Untersuchung dieser wurde eine Umfrage mit 283 Teilnehmenden durchgeführt. Auf Basis theoretischer Überlegungen zur Einstellungsforschung durch das Elaboration-Likelihood-Model wurde ein Fragebogen entworfen, der den Einfluss der Elaboration auf die Einstellung und das Kaufverhalten empirisch messbar machen sollte. Durch eine Kausalanalyse mittels Strukturgleichungsmodell konnte ein teilweise signifikanter Einfluss von elaborationsbestimmenden Größen auf Einstellung und Kaufverhalten festgestellt werden. Eine Überprüfung der Gütekriterien des Fragebogens mittels explorativer und konfirmatorischer Faktoranalyse ergab in Hinsicht auf Reliabilität und Validität jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Die Ergebnisse des Kausalmodells sollten deswegen mit Vorsicht betrachtet werden. In weiterführenden Forschungen könnte die Struktur der durch den Fragebogen erhobenen Konstrukte für Elaboration und Einstellung überarbeitet werden, um eine bessere Reliabilität und Validität zu erreichen und somit genauere Aussagen über die eigentlichen Beziehungen der Konstrukte treffen zu können.
In modernen Industrieautomatisierungssysteme kann die IT-Sicherheit nicht mehr ignoriert werden. Um dem Datenverkehr Schutz zu bieten, sind kryptografische Schutzmaßnahmen notwendig. Eine gängige Schutzmaßnahme ist die Verwendung von digitalen Zertifikaten zur Autorisierung und Authentifizierung. Um Zertifikate sicher und geregelt auf Endgeräte zu bringen, ist jedoch eine Public-Key-Infrastructure notwendig. Solche PKIs sind bisher wenig im Umfeld der Industrieautomatisierung untersucht. Das Institut für verlässliche Embedded-Systems der Hochschule Offenburg bietet hierfür eine mögliche Lösung, welche auf einer zentralen Einheit, genannt Credentialing Entity, basiert. Ein Demonstrator dieses Konzepts wurde bereits in den weit verbreiteten Systemprogrammier-sprachen C und C++ implementiert.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verwendung der modernen speichersicheren Programmiersprache Rust in der Systemprogrammierung als Alternative zu den Domänenführern C/C++ am Beispiel der Implementierung der Credentialing-Entity untersucht. Hierbei werden Aspekte wie die Vorzüge Rusts, dessen Ökosystem und Interoperabilität mit den Marktführern C/C++ untersucht.
In den letzten Jahren haben Recommender Systeme zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese Systeme sind meist für Bereiche des E-Commerce konzipiert und berücksichtigen oftmals nicht den aktuellen Kontext der nutzenden Person. Recommender Systeme können allerdings nicht nur im E-Commerce zum Einsatz kommen, sondern finden ihren Anwendungszweck auch im Gesundheitswesen. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, ein Recommender System zu entwickeln, das den aktuellen Kontext der nutzenden Person (Chatverlauf, demografische Daten) besser berücksichtigen kann. Dazu befasst sich diese Arbeit mit der Konzeption und prototypischen Umsetzung eines kontextsensitiven Recommender Systems für einen bereits existierenden Chatbot aus dem Gesundheitswesen. Das in dieser Arbeit konzipierte und entwickelte Recommender System soll Mitarbeitende aus dem Gesundheits- und Sozialwesen entlasten und ihnen hilfreiche sowie thematisch sinnvolle Informationen zur Verfügung stellen. Basierend auf festgelegten Anforderungen wurde ein Konzept für das Recommender System entwickelt und zu Teilen als Prototyp umgesetzt. Abschließend wurde der Prototyp im Hinblick auf die Anforderungen evaluiert. Zudem fand eine technische Evaluation und eine Evaluation mithilfe von Anwendenden statt, welche den implementierten Prototypen bereits existierenden Systemen gegenüberstellte. Die von dem Prototyp empfohlenen Textausschnitte erzielten in der Evaluation mit nutzenden Personen eine thematisch signifikant höhere Übereinstimmung mit den Chatdaten.
Konzeption und Erstellung einer Informationsplattform zur Darstellung von Smart Home Anwendungen
(2022)
Gegenstand dieser Bachelorarbeit ist die Konzeption und Erstellung einer digitalen Informati-onsplattform zur Darstellung von Smart Home Anwendungen und deren Funktionsweise.
Als Grundlage hierfür dient der von der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte For-schung errichtete und betriebene „Smarte Caravan (SmaC)“, in welchen zu Demonstrationszwecken einige Sensoren sowie Aktoren aus dem Smart Home Bereich eingebaut wurden.
Für die Erstellung der digitalen Informationsplattform wird daher zunächst eine Analyse sowie ein Vergleich der verschiedenen Möglichkeiten zur interaktiven Darstellung von Informationsinhalten durchgeführt.
Anschließend wird eine Aufstellung von Anwendungen und Szenarien gesammelt, welche in der interaktiven Darstellung integriert werden sollen.
Letztendlich liegt eine interaktive Smart Home Umgebung vor, mit der verschiedene Funktionalitäten des Smart Home erlebbar werden und Informationen darüber gewonnen werden können.
Künstliche Intelligenz (KI) durchdringt unser Leben immer stärker. Studierende werden im Alltag und an Hochschulen zunehmend mit KI-Anwendungen konfrontiert. An der Hochschule Offenburg werden deshalb KI-bezogene Lehrangebote curricular verankert, um Studierende im Erwerb von KI-Kompetenz zu unterstützen.
Der Beitrag stellt ein Konzept für die Entwicklung von Lehrveranstaltungen nach der Idee des pädagogischen Makings zur Förderung von KI-Kompetenz in der Hochschullehre vor. Konkretisiert wird das Konzept anhand eines Moduls zum Thema Chatbots, dessen Lehrinhalte interdisziplinär aus verschiedenen Perspektiven ausgearbeitet werden.
Die Corona-Semester erforderten die Übertragung der Brückenkurse Mathematik in ein digitales Lehr-format. Gerade beim Studieneinstieg spielen persönliche Unterstützung und soziale Eingebundenheit für Studierende eine besonders wichtige Rolle. Deshalb lag die besondere Herausforderung bei der Übertragung in ein digitales Format darin, die wegfallenden üblichen Kennenlern- und Kommunika-tionsmöglichkeiten, die sich in Präsenzformaten beispielsweise in den Pausen oder im Gespräch mit den Sitznachbarn ergeben, zu kompensieren. Vorliegender Beitrag stellt vor, inwieweit der Transfer in ein digitales Format gelungen ist. Das digitale Brückenkurskonzept wurde in ein didaktisches Entwurfsmuster übertragen, um durch die strukturierte und nachvollziehbare Darstellung den Transfer und die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu erleichtern.
Gamification wird in vielen Bereichen, die auch den Bildungssektor einschließen, zur Motivations- und Leistungssteigerung eingesetzt. Dieser Beitrag beschreibt das Design, die Umsetzung und Evaluierung eines Gamification-Konzeptes für die Vorlesung „Software Engineering" an der Hochschule Offenburg. Gamification soll nach Intention der Lehrenden eine kontinuierliche und tiefergehende Auseinandersetzung mit den Themen der Vorlesung forcieren sowie einen positiven Einfluss auf die Motivation der Studierenden haben, um den Lernprozess zu unterstützen. Zentral für das Gamification-Design sind dabei eine freiwillige Teilnahme, die Wahrnehmung der Bedeutung der Lerninhalte und ein zielorientierter Einsatz von Gamification-Elementen. Das entwickelte Konzept wurde in der Lernplattform Moodle realisiert, über drei Semester eingesetzt und parallel evaluiert. Die Ergebnisse dieser Evaluierungen zeigen, dass die Studierenden den gamifizierten Kurs intensiv und oft über das gesamte Semester nutzten und aus eigenem Antrieb eine Vielzahl von Übungen absolvierten.
Vorhofflimmern ist die häufigste tachykarde Herzrhythmusstörung weltweit. Dabei verliert das Herz seinen normofrequenten Sinusrhythmus und schlägt nicht mehr regelmäßig, sondern zu schnell und unregelmäßig. Vorhofflimmern ist normalerweise keine lebensbedrohliche Herzrhythmusstörung, aber es kann zu einem Schlaganfall führen. Die Ursache dieser Herzrhythmusstörung sind die Kreisende bzw. die fokalen Erregungen im linken Atrium, die hauptsächliche aus einer oder mehreren Pulmonalvenen kommen. Die übliche Therapieverfahren des Vorhofflimmerns ist die Pulmonalvenenisolation.
Diese Bachelorthesis beschäftigt sich daher mit der Modellierung unterschiedlicher linksatrialer Fokus-Modelle und intrakardialer Elektrodenkatheter für die Diagnostik und Terminierung von Vorhofflimmern mittels Pulmonalvenenisolation im Offenburger Herzrhythmusmodell nach Schalk, Krämer und Benke, welches in CST
Studio Suite realisiert wurde.
Zu Beginn wurden die verschiedenen linksatrialen fokalen Flimmerquellen modelliert und daraufhin simuliert. Hierbei wurde jeweils eine Simulation mit linksatrialen fokalen Flimmerquellen, die aus einzelnen, dualen oder allen vier Pulmonalvenen kommen, durchgeführt. Es wurde ebenfalls eine weitere Simulation mit Biosignalen (aus der Realität) erstellt. Mit diesen Simulationen konnte nun der elektrische Erregungsablauf sichtbar gemacht werden. Daraufhin wurden die Katheter für die Diagnostik und für die Pulmonalvenenisolation modelliert und in das bestehende Offenburger Herzrhythmusmodell integriert. Bei den Diagnostik-Kathetern handelte es sich um 10-polige Lasso® Katheter, zwei Varianten von PentaRay® NAV eco Katheter und 4-polige Diagnostik-Katheter „OSYPKA FINDER pure®“. Ablationskatheter sind zwei Varianten von Pentaspline Basket pose Katheter und HELIOSTAR™ Ablation Ballon. Abschließend wurden verschiedene Varianten von Isolationsverfahren der Pulmonalvenen modelliert und daraufhin die linksatrialen fokalen Flimmerquellen nach der Isolation der Pulmonalvenen simuliert.
Die Visualisierung von Programmabläufen ist ein zentraler Aspekt für Programmieranfänger, um das Verständnis von Codeabläufen zu erleichtern und den Einstieg in der Softwareentwicklung zu unterstützen. In dieser Masterthesis wird ein speziell auf die Bedürfnisse von Einsteigern zugeschnittenes generisches Framework vorgestellt, wobei der Fokus auf einer einfachen, verständlichen aber auch korrekten Darstellung der Programmausführung liegt. Das Framework integriert das Debugger Adapter Protocol, um den Debugger unterschiedlicher Sprachen ansprechen und verwenden zu können.
In dieser Arbeit werden zunächst die Anforderungen für das generische Framework diskutiert. Anschließend werden bestehende Ansätze zur Visualisierung von Programmabläufen ausführlich untersucht und analysiert. Die Implementierung des Frameworks wird daraufhin detailliert beschrieben, wobei besonderer Wert auf die Erweiterbarkeit unterschiedlicher Sprachen gelegt wird.
Um die Eignung des Frameworks zu evaluieren, werden mehrere Aufgaben aus dem ersten Modul mit der jeweiligen Programmiersprache des Studiengangs Angewandte Informatik der Hochschule Offenburg betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass das Framework mit den Aufgaben umgehen und diese korrekt und verständlich darstellen kann.