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Die Möglichkeit zur digitalen Verbindung geographischer Orte mit Aufgaben, Herausforderungen oder Lernmaterialien hat eine Vielzahl von Anwendungen auch außerhalb der Mathematikbildung inspiriert. Dieser Beitrag stellt eine exemplarische Auswahl solcher Applikationen vor und versucht, die technischen, organisatorischen und konzeptionellen Gestaltungselemente zu systematisieren. Die Ausführungen sollen als Anregung bei der Anlage von Mathematiktrails sowie bei der Weiterentwicklung technischer Lösungen für den Lehreinsatz dienen.
„Die Reform kommt – stirbt das Netz?“ So titelte die Süddeutsche Zeitung bereits Mitte April 2019 in Bezug auf die sich anbahnende Urheberrechtsreform. Kaum ein anderes Rechtsgebiet ist derzeit so präsent in der Mitte der Gesellschaft angekommen und löst derart hitzige Diskussionen aus wie die anstehende Urheberrechtsreform durch den europäischen Gesetzgeber. Dabei ist es der Urheberrechtsreform in der Tat gelungen, einen ähnlichen Stellenwert für sich zu vereinnahmen wie die Einführung der lange gefürchteten Datenschutz-Grundverordnung im Jahr 2018.
Im Fokus der Debatte steht dabei insbesondere Artikel 13, der sich mittlerweile als Artikel 17 in der aktuellen Fassung der Richtlinie wiederfindet. Seine breite Aufmerksamkeit verdankt dieser dem Umstand, dass er die Meinungsfreiheit und die freie Netzkultur in erheblichem Maße einschränken könnte. Allerdings geht die gesamte Richtlinie des europäischen Gesetzgebers deutlich über Artikel 17 hinaus, sodass sich neben der breiten Bevölkerung auch weitere Adressaten ergeben, deren Rahmenbedingungen sich ändern werden.
Electrolyte-gated transistors (EGTs) represent an interesting alternative to conventional dielectric-gating to reduce the required high supply voltage for printed electronic applications. Here, a type of ink-jet printable ion-gel is introduced and optimized to fabricate a chemically crosslinked ion-gel by self-assembled gelation, without additional crosslinking processes, e.g., UV-curing. For the self-assembled gelation, poly(vinyl alcohol) and poly(ethylene-alt-maleic anhydride) are used as the polymer backbone and chemical crosslinker, respectively, and 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate ([EMIM][OTf]) is utilized as an ionic species to ensure ionic conductivity. The as-synthesized ion-gel exhibits an ionic conductivity of ≈5 mS cm−1 and an effective capacitance of 5.4 µF cm−2 at 1 Hz. The ion-gel is successfully employed in EGTs with an indium oxide (In2O3) channel, which shows on/off-ratios of up to 1.3 × 106 and a subthreshold swing of 80.62 mV dec−1.
Sweaty has already participated four times in RoboCup soccer competitions (Adult Size) and came second three times. While 2016 Sweaty needed a lot of luck to be finalist, 2017 Sweaty was a serious adversary in the preliminary rounds. In 2018 Sweaty showed up in the final with some lack of experience and room for improvements, but not without any chance. This paper describes the intended improvements of the humanoid adult size robot Sweaty in order to qualify for the RoboCup 2019 adult size competition.
Die Bedeutung internationaler Handelsabkommen nimmt immer weiter zu und verdeutlicht dabei die Wichtigkeit sowie Dringlichkeit internationaler Zusammenarbeit, insbesondere internationaler Wirtschaftsbeziehungen zwischen den einzelnen Nationen. Der Begriff „internationale Wirtschaftsbeziehung“ meint die Gesamtheit der die Landesgrenzen überschreitenden wirtschaftlichen Handlungen von Wirtschaftssubjekten sowie auch staatliche und überstaatliche Maßnahmen und Beziehungen. Bei der Welthandelsorganisation (WTO) sind beispielsweise 301 regionale Handelsabkommen verzeichnet. Anhand des aufgeführten Diagramms zeigt sich der verstärkte jährliche Anstieg der in Kraft getretenen Handelsabkommen.
Hochspannungs-Mischstrom-Übertragung (HMÜ) - Eine Ergänzung zu bestehenden Übertragungstechnologien?
(2019)
Bei der Mischstromübertragung wird einem Wechselstrom direkt ein Gleichstrom überlagert. Wechselstrom und Gleichstrom werden also auf dem gleichen Seil geführt.
Dadurch könnten die bereits bestehenden Drehstrom-Übertragungs-Strecken des Übertragungsnetzes genutzt werden.
Durch eine Aufschaltung des Gleichstromes auf vorhandene Freileitungen kann theoretisch bei kurzen Leitungen (<150km) bis zu 50% mehr Wirkleistung und bei großen Übertragungsstrecken (>300km) in etwa eine Verdopplung der übertragbaren Wirkleistung erwartet werden.
Theoretisch betrachtet ist die Mischstrom-Übertragung eine geometrische Addition aller Strom- und Spannungskomponenten, was zu einer Erhöhung der Leiter-Erde-Spannung führt, ohne dabei Einfluss auf die verkettete Spannung zu nehmen.
Außerdem wird die Übertragung von Blindströmen unnötig, da ein natürlicher Betrieb von Leitungen des HDÜ-Netzes empfehlenswert ist.
Die theoretischen Betrachtungen konnten mathematisch bewiesen und die technische Umsetzung mit einem 1:1000-Modellsystem demonstriert und bestätigt werden.
Kaum eine Vorschrift aus jüngster Zeit ist wohl so umstritten wie die EU-Richtlinie 2019/790/EG des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates über das Urheberrecht und die verwandten Schutzrechte im digitalen Binnenmarkt, die einer Urheberrechtsreform in ganz Europa den Weg ebnet und vor allem eine gerechtere Entlohnung von Urhebern im Internetzeitalter bewirken soll. Mit Blick auf unsere heutige Zeit, die so schön als „digitales Zeitalter“ bezeichnet wird, dürfte sich gar nicht erst die Frage stellen, ob das Urheberrecht, wie wir es heute kennen, den Entwicklungen im Internet nicht mehr schritthalten kann und eine Reform dringend von Nöten ist. Mit der Richtlinie 2001/29/EG stammen die letzten Änderungen immerhin aus dem Jahr 2001 und demnach aus einer Zeit fernab von YouTube, Facebook, Twitter und anderer bekannter Social-Media-Riesen. Einer Zeit, in der dem deutschen Gesetzgeber gar nicht erst der Gedanke aufgekommen sein dürfte, dass es irgendwann möglich sein könnte, urheberrechtlich geschützte fremde Inhalte in Form von Texten, Bildern, Musik oder Videos auf vielfache Weise in Sekundenschnelle zu vervielfältigen und zu verbreiten wie es heutzutage weltweit in erheblichem Ausmaß geschieht. Niemals zuvor war es so einfach Urheberrechte zu verletzen, zumal Personen, die eine solche Rechtsverletzung begehen, in der Anonymität und Fülle des Internets schwer zu identifizieren sind und von negativen Folgen häufig verschont bleiben – zum Leidwesen der Urheber.
The Future of FDI: Achieving the Sustainable Development Goals 2030 through Impact Investment
(2019)
Publicized as a global call for action in 2015, the United Nations General Assembly passed a resolution on the Sustainable Development Goals 2030 (SDGs). Before issuing the SDGs in 2015, the United Nations Conference on Trade and Development (UNCTAD) has already identified in 2014, as part of their World Investment Report, that especially developing countries are facing an estimated USD 2.5 trillion funding gap annually in the efforts to achieve the SDGs. Yet, the investment opportunities and challenges for investors, when contributing to the closure of this funding gap while benefiting from its economic potential have not been widely discussed. Despite that Foreign Direct Investments (FDI) are a key driver to sustainable economic growth and prosperity of a nation, policies and a holistic framework linking the 2030 Agenda to actionable investment opportunities for private investors are missing. Furthermore, a global platform capturing, channeling and promoting investment projects aiming to achieve the SDGs through impact investment has not been established. Utilizing global financial resources more effectively while developing new approaches and tools to promote impact investments, which demonstrate the benefits for investors to tap into the funding gap of the 2030 Agenda, will have the potential to significantly shape and influence the future of FDI.
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.
In der Tiefengeothermie spielen – unter den jeweiligen geologischen Rahmenbedingungen – thermische, hydraulische, chemische und mechanische (THCM-) Prozesse eine grundlegende Rolle hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Nachhaltigkeit einer geothermischen Nutzung. Die Etablierung einer neuen Technologie wird sich darüber hinaus ohne Akzeptanz in der Bevölkerung mittel- und langfristig nicht behaupten können. Deshalb bilden Transparenz (z.B. Überwachung der induzierten Seismizität) und ein Transfer von Ergebnissen der Geothermie-Forschung in die Öffentlichkeit wesentliche Grundlagen zur Schaffung einer hinreichenden Akzeptanz der Tiefengeothermie.
Das Verbundprojekt GEO.Cool von Partnern im Landesforschungszentrum Geothermie (LFZG) hat zum Ziel, Möglichkeiten sowie Grenzen der Kühlung mit oberflächennaher Geothermie in interdisziplinärer Arbeit zu erheben und daraus Impulse für Innovationen in diesem Bereich zu gewinnen.
Das Vorhaben ist in die folgenden sechs Arbeitspakete (AP) gegliedert:
AP 1: Bedarfe und Systemaspekte
AP 2: Systemtechnik und Planung von Anlagen zur Kühlung mit oberflächennaher Ge-othermie
AP 3: Analyse von Best-Practice-Beispielen
AP 4: Thermisches und hydrogeologisches Verhalten des Untergrunds
AP 5: Genehmigungspraxis und Grenzwerte
AP 6: Synopse, Innovationspotenzial und Transfer.
Das Projekt hat eine Laufzeit vom 23.01.2017 bis zum 30.09.2019 (Förderzeitraum für alle Arbeitspakete und Projektpartner).
Für Verkehrsunternehmen stellt die Erprobung neuer Technologien eine große Herausforderung dar.
Sowohl Wasserstoff-Busse als auch Batterie-Busse können ihren Beitrag zur Umstellung des ÖPNV auf emissionsfreie Mobilität leisten. Je nach Anwendungsmuster können sich beide Technologien gut ergänzen und zu einem volkswirtschaftlichen Optimum führen. Es gilt, die Technologien im realen Umfeld zu erproben, um praxisnahe Erfahrung zu sammeln und dabei Mitarbeiter auszubilden, ohne die Qualität des Betriebes zu gefährden. Bei der aktuellen Kostenlage sehen beide Technologien ihre Einführung in den Betrieb mit Mehrkosten im Vergleich zu der aktuellen Diesel-Lösung verbunden.
Bei einer Batterie-basierten Lösung mit Pantograph-Schnellladung sind kürzere Linien gute Kandidaten für eine elektrische Umstellung ohne Auswirkungen auf die Größe der Busflotte. Auch Liniensysteme beliebiger Länge mit Knotenpunkten in regelmäßigen Abständen ermöglichen eine gemeinsame Nutzung der Ladeinfrastruktur und stellen somit reduzierte Aufbaukosten der Ladeinfrastruktur in Aussicht. In diesem Fall sind aber auch Fahrplanmanagement-Aspekte hinsichtlich der Ladezeit am Pantograph mit zu berücksichtigen, die nicht Bestandteil dieser Studie gewesen sind. Allgemein lassen die Kosten-Prognosen für Batterie und Batterie-elektrische Fahrzeuge eine signifikante Kostenreduzierung bis 2030 erkennen, die in manchen Konfigurationen zur Kostenparität und sogar geringeren Kosten als mit der Diesel-Variante führen würde.
Anders als für Batterie-Busse stellt die Linien-Konfiguration keinen wirtschaftlichen Einflussfaktor auf den Betrieb von Wasserstoff-Bussen dar. Die derzeitige Reichweite der H2-Busse reicht aus, um die zu erwartende tägliche Fahrleistung zu decken. Bei der Wasserstoffmobilität sind aber die Versorgungsinfrastruktur und die damit verbundenen Kraftstoffkosten von entscheidender Bedeutung. Ihr Aufbau ist mit hohen Investitionskosten und gesetzlichen Verpflichtungen verbunden (BImSchG, BetrSichV), die für eine erste Erprobung der Technologie im kleinen Maßstab eine Hürde für Verkehrsunternehmen darstellen könnte. Die H2 Mobility Deutschland bietet die Möglichkeit an, 700 bar Tankstellen mit einem 350 bar Modul zu erweitern, das die tägliche Versorgung von ca. 6 Bussen ermöglicht. Mit begrenzten Risiken für die Verkehrsunternehmen bietet es sich daher an, die H2 Mobilität auf eine limitierte Busflotte zu erproben. Da der Aufbau des H2-Mobility Deutschland Tankstellennetzes eine Lücke in Offenburg und Umgebung aufweist, wäre es vorstellbar, an der Errichtung einer solchen Tankstelle zu arbeiten, die die Betankung und Erprobung von Wasserstoff-Bussen ermöglicht. Auf längerer Sicht ist die Sicherstellung einer gut platzierten zuverlässigen und nachhaltigen Wasserstoffquelle von entscheidender Bedeutung. Derzeit liegen vorhandene Wasserstoffquellen in mehr als 100 km Entfernung. Eine Nutzung der Wasserkraft des naheliegenden Rheins erscheint durchaus sinnvoll, sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus umwelttechnischen Gründen (erneuerbarer Strom, Stromkostenreduzierung durch Eigenversorgung, kürzere Transportwege, möglicher Nutzen für die Eurometropole Straßburg).
Es lässt sich festhalten, dass für die Region Offenburg zunächst die Erprobung beider Technologien, der Elektromobilität als auch der Wasserstoffmobilität, empfohlen wird. Es sollte zeitnah in den Erfahrungsaufbau in beide Technologien investiert werden. Zudem sollte bei der Elektromobilität das Flottenmanagement untersucht und evaluiert werden und bei der Wasserstoffmobilität die Möglichkeiten der Kooperation für den Aufbau der Wasserstofftankstelle. Im Rahmen der nächsten Ausschreibungsrunde für den öffentlichen Nahverkehr in Offenburg wird empfohlen, diesen emissionsfrei auszuschreiben. Es ist absehbar, dass aus Kostengründen (Kostenparität der Elektromobilität mit der Dieselvariante) als auch aus Gründen der Anforderung bzgl. der Emissionsgrenzwerte der ÖPNV emissionsfrei umgesetzt werden sollte.
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.
Die Sortimentskompetenz hat sich in vielen Studien als zentraler Erfolgsfaktor des Einzelhandels allgemein sowie des Mode-Einzelhandels im Besonderen herausgestellt. Der vorliegende Beitrag untersucht auf der Basis einer repräsentativen Online-Befragung bei 1000 Probanden, welche Einzeldimensionen die Sortimentskompetenz ausmachen und wie relevant sie für die Verbraucher sind. Darüber hinaus wird untersucht, welchen Einfluss generalistische Sortimentsstrategien auf die Beurteilung der Sortiments-kompetenz aufweisen.
The development of new processes and materials for additive manufacturing is currently progressing rapidly. In order to use the advantages of additive manufacturing, however, product development and design must also be adapted to these new processes. Therefore it is suitable to use structural optimization. To achieve the best results in lightweight design, it is important to have an approach that reduces the volume in the unloaded regions and considers the restrictions and characteristics of the additive manufacturing process. In this contribution, a case study using a humanoid robot is presented. Thus, the pelvis module of a humanoid robot is optimized regarding its weight and stiffness. Furthermore, an integrated design is implemented in order to reduce the number of parts and the screw connections. The manufacturing uses a new aluminum-based material that has been specially developed for use in additive manufacturing and lightweight construction. For the additive manufacturing by means of the Selective Laser Melting (SLM) process, different restrictions and the assembly concepts of the humanoid robot have to be taken into account. These restrictions have to be considered in the setting of the individual parameters and target functions of the structural optimization. As a result, a framework is presented that shows the steps of the redesign and the optimization of the pelvis module. In order to achieve high accuracy with the product, the redesign of the pelvis module is demonstrated with regard to mechanical and thermal postprocessing. Finally, the redesigned part and the different assembly concepts are compared to analyze the economic and technical effects of the optimization.
ABSCHIED VOM AUSSEN
(2019)
This article presents the development, parameterization, and experimental validation of a pseudo-three-dimensional (P3D) multiphysics model of a 350 mAh high-power lithium-ion pouch cell with graphite anode and lithium cobalt oxide/lithium nickel cobalt aluminum oxide (LCO/NCA) blend cathode. The model describes transport processes on three different scales: Heat transport on the macroscopic scale (cell), mass and charge transport on the mesoscopic scale (electrode pair), and mass transport on the microscopic scale (active material particles). A generalized description of electrochemistry in blend electrodes is developed, using the open-source software Cantera for calculating species source terms. Very good agreement of model predictions with galvanostatic charge/discharge measurements, electrochemical impedance spectroscopy, and surface temperature measurements is observed over a wide range of operating conditions (0.05C to 10C charge and discharge, 5°C to 35°C). The behavior of internal states (concentrations, potentials, temperatures) is discussed. The blend materials show a complex behavior with both intra-particle and inter-particle non-equilibria during cycling.
This article deals with the problem of wireless synchronization between onboard computing devices of small-sized unmanned aerial vehicles (SUAV) equipped with integrated wireless chips (IWC). Accurate synchronization between several devices requires the precise timestamping of batches transmitting and receiving on each of them. The best precision is demonstrated by those solutions where timestamping is performed on the PHY level, right after modulation/demodulation of the batch. Nowadays, most of the currently produced IWC are Systems-on-a-Chip (SoC) that include both PHY and MAC, implemented with one or several processor cores application. SoC allows create more cost and energy efficient wireless devices. At the same time, it limits the developers direct access to the internal signals and significantly complicates precise timestamping for sent and received batches, required for mutual synchronization of industrial devices. Some modern IEEE 802.11 IWCs have inbuilt functions that use internal chip clock to register timestamps. However, high jitter of the interfaces between the external device and IWC degrades the comparison of the timestamps from the internal clock to those registered by external devices. To solve this problem, the article proposes a novel approach to the synchronization, based on the analysis of IWC receiver input potential. The benefit of this approach is that there is no need to demodulate and decode the received batches, thus allowing it implementation with low-cost IWCs. In this araticle, Cypress CYW43438 was taken as an example for designing hardware and software solutions for synchronization between two SUAV onboard computing devices, equipped with IWC. The results of the performed experimental studies reveal that mutual synchronization error of the proposed method does not exceed 10 μs.
Massive Umwälzungen im Marktumfeld, verstärkt durch disruptive Technologien, stellen viele Unternehmen vor die existenzielle Frage, wie sie ihr etabliertes Geschäftsmodell zukunftsfähig weiterentwickeln können beziehungsweise wie sie sich unter Umständen grundlegend neu aufstellen müssen. Volatilität, Unsicherheit, Komplexität und Ambiguität (kurz VUKA) sind in diesem Kontext jene ungünstigen Begleiterscheinungen, die auch genossenschaftliche Unternehmen beeinflussen. Die vielfältigen Herausforderungen im Unternehmensumfeld, wie beispielsweise ungünstige demografische Entwicklungen, eine zunehmende Urbanisierung bei steigendem Bedarf an regionaler Daseinsvorsorge, Wettbewerbsdruck durch neue Geschäftsmodelle und Konkurrenten infolge der Künstlichen Intelligenz beziehungsweise Digitalisierung – zum Beispiel durch FinTechs – bedingen die Suche nach Orientierung, nach einem strategischen Kompass sowohl für Politik, Wirtschaft und Gesellschaft.
Am Beispiel der kanadischen Metropole Vancouver zeigt sich, dass auch in Zeiten einer immer komplexer werdenden Welt Wirtschaftswachstum, Nachhaltigkeit und Lebenswert positiv korrelieren können und innerhalb weniger Jahrzehnte regional umsetzbar sind. Die Stadt setzt dabei überwiegend auf zentral gesteuerte Aktivitäten der „Vancouver Economic Comission“, die alle gesellschaftlichen und unternehmerischen Anspruchsgruppen auf der Basis werteorientierten Handelns konsequent das Ziel verfolgen lässt, Vancouver zu einer global anerkannten Stadt für innovatives, kreatives und nachhaltiges Business zu entwickeln. Das Streben Vancouvers weist dabei Parallelen zu genossenschaftlichen Wesensprinzipien sowie zu im deutschsprachigen Raum bereits existierenden Ansätzen genossenschaftlicher Innovationsökosysteme auf. Letztere haben bereits an verschiedenen Stellen bewiesen, dass sie das Potenzial haben in Zeiten komplexer Herausforderungen zukunftsfähige Lösungen für die Menschen in der Region gemeinschaftlich zu entwickeln. Gleichzeitig lassen sich mittels innovativer Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle neue Ertragsquellen erschließen.
Strategen genossenschaftlicher oder kooperativer Banken und Unternehmen sollten nachfolgende Fragen bewegen:
• Was können deutsche Städte, Gemeinden und Regionen von Vancouver hinsichtlich des Aufbaus und der Gestaltung dynamischer Innovationsökosysteme lernen?
• Welche Rolle können Genossenschaften in Innovationsökosystemen spielen?
• Wie könnten die Innovationsprinzipien, -methoden und -formate in der jeweiligen Region erfolgversprechend eingesetzt werden?
We present our twenty years of experience in the live broadcasting of astronomical events, with the main focus on total lunar eclipses. Our efforts were motivated by the great impact and high number of viewers of these events. Visitors from over a hundred countries watched our live broadcasts. Our viewer record was set on July 27, 2018, with the live transmission of the total lunar eclipse from the Feldberg, the highest mountain in the Black Forest, attracting nearly half a million viewers in five hours.
An especially challenging activity was the live observing of the Mercury transit on 9 May 2016, which we presented as ‘live astronomy’ with hands-on telescope. The main goal of this event was to awake our students enthusiasm for optics and astronomy.
Furthermore, we report on our experiences with the photography of optical phenomena such as polar lights and green flash.
Direct Digital Manufacturing of Architectural Models using Binder Jetting and Polyjet Modeling
(2019)
Today, architectural models are an important tool for illustrating drawn-on plansor computer-generated virtual models and making them understandable. Inaddition to the conventional methods for the manufacturing of physical models, awide range of processes for Direct Digital Manufacturing (DDM) has spreadrapidly in recent years. In order to facilitate the application of these new methodsfor architects, this contribution examines which technical and economic resultsare possible using 3D printed architectural models. Within a case study, it will beshown on the basis of a multi-storey detached house, which kind of datapreparation is necessary. The DDM of architectural models will be demonstratedusing two widespread techniques and the resulting costs will be compared.
The TriRhenaTech alliance universities and their partners presented their competences in the field of artificial intelligence and their cross-border cooperations with the industry at the tri-national conference 'Artificial Intelligence : from Research to Application' on March 13th, 2019 in Offenburg. The TriRhenaTech alliance is a network of universities in the Upper Rhine Trinational Metropolitan Region comprising of the German universities of applied sciences in Furtwangen, Kaiserslautern, Karlsruhe, and Offenburg, the Baden-Wuerttemberg Cooperative State University Loerrach, the French university network Alsace Tech (comprised of 14 'grandes écoles' in the fields of engineering, architecture and management) and the University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland. The alliance's common goal is to reinforce the transfer of knowledge, research, and technology, as well as the cross-border mobility of students.
Art and Photonics
(2019)
In this paper we report on our continuous efforts to apply optics and photonics in art. This results in interdisciplinary projects which sometimes lead to concrete art installations.
We presented some of these projects at the UNESCO headquarters in Paris, at the opening ceremony of the International Year of Light and the inaugural ceremony of the International Day of Light.
Some newer projects, such as “A Maze: Ingenious Pipes” and “The Power of Your Eyes,” are also presented in this paper.
The authors explain a developed concept for research-oriented education in optics and photonics. It is presented which goals are to be achieved, which strategies have been developed and how these can be implemented in a blended learning scenario. The goal of our education is the best possible qualification of the students on the basis of a strong scientific and research-oriented education, which also includes the acquisition of important interdisciplinary competences. All phases of a research process are to be mapped in the learning process and offer students an insight into current research topics in optics and photonics.
Excellent organisations require targeted strategies to implement their vision and mission, deploying a stakeholder-focused approach. As part of evidence-based policy making, it is a common approach to measure government financing vehicles’ results. A state-of-the-art method in quantitative benchmarking to overcome the challenge of considering multiple inputs and outputs is Data Envelopment Analysis (DEA). Descriptive statistics and explorative-qualitative approaches are also applied in a modern ECA benchmarking model to substantiate DEA results and put them into perspective. This enabler-result model provides a holistic view and allows to identify top performing ECAs and Exim-Banks, providing the opportunity for inefficient institutions to learn from their most productive peers. This best practice approach for strategic benchmarking enables the senior management to develop and implement a cutting-edge strategy, and increase value for key stakeholders.
Printed systems spark immense interest in industry, and for several parts such as solar cells or radio frequency identification antennas, printed products are already available on the market. This has led to intense research; however, printed field-effect transistors (FETs) and logics derived thereof still have not been sufficiently developed to be adapted by industry. Among others, one of the reasons for this is the lack of control of the threshold voltage during production. In this work, we show an approach to adjust the threshold voltage (Vth) in printed electrolyte-gated FETs (EGFETs) with high accuracy by doping indium-oxide semiconducting channels with chromium. Despite high doping concentrations achieved by a wet chemical process during precursor ink preparation, good on/off-ratios of more than five orders of magnitude could be demonstrated. The synthesis process is simple, inexpensive, and easily scalable and leads to depletion-mode EGFETs, which are fully functional at operation potentials below 2 V and allows us to increase Vth by approximately 0.5 V.
Printed electrolyte-gated oxide electronics is an emerging electronic technology in the low voltage regime (≤1 V). Whereas in the past mainly dielectrics have been used for gating the transistors, many recent approaches employ the advantages of solution processable, solid polymer electrolytes, or ion gels that provide high gate capacitances produced by a Helmholtz double layer, allowing for low-voltage operation. Herein, with special focus on work performed at KIT recent advances in building electronic circuits based on indium oxide, n-type electrolyte-gated field-effect transistors (EGFETs) are reviewed. When integrated into ring oscillator circuits a digital performance ranging from 250 Hz at 1 V up to 1 kHz is achieved. Sequential circuits such as memory cells are also demonstrated. More complex circuits are feasible but remain challenging also because of the high variability of the printed devices. However, the device inherent variability can be even exploited in security circuits such as physically unclonable functions (PUFs), which output a reliable and unique, device specific, digital response signal. As an overall advantage of the technology all the presented circuits can operate at very low supply voltages (0.6 V), which is crucial for low-power printed electronics applications.
Smart Home-/Smart-Building-Anwendungen sind ein stetig wachsender Markt. Smart Gardening ist ein Beispiel dafür, Nutzern mehr Komfort und eine bessere Lebensqualität zu Hause oder in Bürogebäuden zu ermöglichen. Im Rahmen dieses Beitrags wird die Entwicklung eines Indoor-Smart-Gardening-Systems mit dem Fokus auf energieautarkes Arbeiten vorgestellt. Herzstück des Systems ist ein 3D-gedruckter Blumentopf für einzelne Pflanzen mit integrierter Elektronik zum Monitoring der wichtigsten Pflanzenparameter und einem integrierten Wasserreservoir mit Tauchpumpe für das automatisierte Bewässern der Pflanze. Energy Harvesting per Solarzellen ermöglicht ein energieautarkes Arbeiten des Blumentopfes. Eine selbstentwickelte Low-Power-Funkschnittstelle im Blumentopf und ein externes Gateway ermöglichen die drahtlose Vernetzung mehrerer Pflanzen. Das Gateway dient zur Auswertung der Pflanzenparameter, der Ansteuerung der im Netzwerk vorhandenen Blumentöpfe und als Benutzerinterface.
Kleinstlebewesen vorgestellt, das Vitalparameter erfasst und diese in einem FRAM-Speicher bis zum Auslesen abspeichert. Durch eine drahtlose RFID-/NFC-Ausleseschnittstelle kann die erfasste Körpertemperatur und der Puls der letzten Wochen ausgelesen werden. Alle Einstellungen des Messsystems können durch einen geeigneten RFID-Reader für Laptops oder durch Smartphones über die NFC-Schnittstelle geändert werden. Das vollständige Aufladen des nur 3 g leichten und 15 mm x 25 mm großen Messsystems erfolgt durch eine selbstgedruckte RFID-Reader-Antenne in Verbindung mit einem RFID-Reader und benötigt hierzu weniger als 21 Stunden. Bei vollständig aufgeladenem Energiespeicher ist ein Betrieb von 47 Tagen möglich. Dies wird durch ein speziell für das Messsystem konzipiertes Lade- und Powermanagement erreicht. Neben der Auswahl von energiesparenden Komponenten für die Hardware und deren bestmöglichen Nutzung, wurde die Software so optimiert, dass das Programm schnell und stromsparend abgearbeitet wird. Die Erweiterbarkeit und Anpassung wird durch das modulare Konzept auch in anderen Bereichen gewährleistet.
As engineering graduates and specialists frequently lack the advanced skills and knowledge required to run eco-innovation systematically, the paper proposes a new teaching method and appropriate learning materials in the field of eco-innovation and evaluates the learning experience and outcomes. This programme is aimed at strengthening student’s skills and motivation to identify and creatively overcome secondary eco-contradictions in case if additional environmental problems appears as negative side effects of eco-friendly solutions.
Based on a literature analysis and own investigations, authors propose to introduce a manageable number of eco-innovation tools into a standard one-semester design course in process engineering with particular focus on the identification of eco-problems in existing technologies, selection of the appropriate new process intensification technologies (knowledge-based engineering), and systematic ideation and problem solving (knowledge-based innovation and invention).
The proposed educational approach equips students with the advanced knowledge, skills and competences in the field of eco-innovation. Analysis of the student’s work allows one to recommend simple-to-use tools for a fast application in process engineering, such as process mapping, database of eco-friendly process intensification technologies, and up to 20 strongest inventive operators for solving of environmental problems. For the majority of students in the survey, even the small workload has strengthened their self-confidence and skills in eco-innovation
Process engineering industries are now facing growing economic pressure and societies' demands to improve their production technologies and equipment, making them more efficient and environmentally friendly. However unexpected additional technical and ecological drawbacks may appear as negative side effects of the new environmentally-friendly technologies. Thus, in their efforts to intensify upstream and downstream processes, industrial companies require a systematic aid to avoid compromising of ecological impact. The paper conceptualises a comprehensive approach for eco-innovation and eco- design in process engineering. The approach combines the advantages of Process Intensification as Knowledge-Based Engineering (KBE), inventive tools of Knowledge-Based Innovation (KBI), and main principles and best-practices of Eco-Design and Sustainable Manufacturing. It includes a correlation matrix for identification of eco-engineering contradictions and a process mapping technique for problem definition, database of Process Intensification methods and equipment, as well as a set of strongest inventive operators for eco-ideation.
In this article we outline the model development planned within the joint projectModel-based city planningand application in climate change (MOSAIK). The MOSAIK project is funded by the German FederalMinistry of Education and Research (BMBF) within the frameworkUrban Climate Under Change ([UC]2)since 2016. The aim of MOSAIK is to develop a highly-efficient, modern, and high-resolution urban climatemodel that allows to be applied for building-resolving simulations of large cities such as Berlin (Germany).The new urban climate model will be based on the well-established large-eddy simulation code PALM, whichalready has numerous features related to this goal, such as an option for prescribing Cartesian obstacles. Inthis article we will outline those components that will be added or modified in the framework of MOSAIK.Moreover, we will discuss the everlasting issue of acquisition of suitable geographical information as inputdata and the underlying requirements from the model's perspective.
In the area of cloud computing, judging the fulfillment of service-level agreements on a technical level is gaining more and more importance. To support this we introduce privacy preserving set relations as inclusiveness and disjointness based ao Bloom filters. We propose to compose them in a slightly different way by applying a keyed hash function. Besides discussing the correctness of set relations, we analyze how this impacts the privacy of the sets content as well as providing privacy on the sets cardinality. Indeed, our solution proposes to bring another layer of privacy on the sizes. We are in particular interested how the overlapping bits of a Bloom filter impact the privacy level of our approach. We concretely apply our solution to a use case of cloud security audit on access control and present our results with real-world parameters.
Dissertation D. Dongol
One of the challenges for autonomous driving in general is to detect objects in the car's camera images. In the Audi Autonomous Driving Cup (AADC), among those objects are other cars, adult and child pedestrians and emergency vehicle lighting. We show that with recent deep learning networks we are able to detect these objects reliably on the limited Hardware of the model cars. Also, the same deep network is used to detect road features like mid lines, stop lines and even complete crossings. Best results are achieved using Faster R-CNN with Inception v2 showing an overall accuracy of 0.84 at 7 Hz.
Deep generative models have recently achieved impressive results for many real-world applications, successfully generating high-resolution and diverse samples from complex datasets. Due to this improvement, fake digital contents have proliferated growing concern and spreading distrust in image content, leading to an urgent need for automated ways to detect these AI-generated fake images.
Despite the fact that many face editing algorithms seem to produce realistic human faces, upon closer examination, they do exhibit artifacts in certain domains which are often hidden to the naked eye. In this work, we present a simple way to detect such fake face images - so-called DeepFakes. Our method is based on a classical frequency domain analysis followed by basic classifier. Compared to previous systems, which need to be fed with large amounts of labeled data, our approach showed very good results using only a few annotated training samples and even achieved good accuracies in fully unsupervised scenarios. For the evaluation on high resolution face images, we combined several public datasets of real and fake faces into a new benchmark: Faces-HQ. Given such high-resolution images, our approach reaches a perfect classification accuracy of 100% when it is trained on as little as 20 annotated samples. In a second experiment, in the evaluation of the medium-resolution images of the CelebA dataset, our method achieves 100% accuracy supervised and 96% in an unsupervised setting. Finally, evaluating a low-resolution video sequences of the FaceForensics++ dataset, our method achieves 91% accuracy detecting manipulated videos.
Recent studies have shown remarkable success in image-to-image translation for attribute transfer applications. However, most of existing approaches are based on deep learning and require an abundant amount of labeled data to produce good results, therefore limiting their applicability. In the same vein, recent advances in meta-learning have led to successful implementations with limited available data, allowing so-called few-shot learning.
In this paper, we address this limitation of supervised methods, by proposing a novel approach based on GANs. These are trained in a meta-training manner, which allows them to perform image-to-image translations using just a few labeled samples from a new target class. This work empirically demonstrates the potential of training a GAN for few shot image-to-image translation on hair color attribute synthesis tasks, opening the door to further research on generative transfer learning.
Apache Hadoop is a well-known open-source framework for storing and processing huge amounts of data. This paper shows the usage of the framework within a project of the university in cooperation with a semiconductor company. The goal of this project was to supplement the existing data landscape by the facilities of storing and analyzing the data on a new Apache Hadoop based platform.
Finding clusters in high dimensional data is a challenging research problem. Subspace clustering algorithms aim to find clusters in all possible subspaces of the dataset, where a subspace is a subset of dimensions of the data. But the exponential increase in the number of subspaces with the dimensionality of data renders most of the algorithms inefficient as well as ineffective. Moreover, these algorithms have ingrained data dependency in the clustering process, which means that parallelization becomes difficult and inefficient. SUBSCALE is a recent subspace clustering algorithm which is scalable with the dimensions and contains independent processing steps which can be exploited through parallelism. In this paper, we aim to leverage the computational power of widely available multi-core processors to improve the runtime performance of the SUBSCALE algorithm. The experimental evaluation shows linear speedup. Moreover, we develop an approach using graphics processing units (GPUs) for fine-grained data parallelism to accelerate the computation further. First tests of the GPU implementation show very promising results.
Die Wörz´sche Heuristik
(2019)
Commercial simulators can only reproduce electrocardiograms (ECG) of the normal and diseased heart rhythm in a simplified waveform and with a low number of channels. With the presented project, the variety of digitally archived ECGs, recorded during electrophysiological examinations, should be made usable as original analogue signals for research and teaching purposes by the development of a special printed circuit board for the mini-computer “Raspberry-Pi “.
Occluders made of the shape memory alloy Nitinol are commonly used to close Atrial Septal Defects (ASD). Until now, standard parameters are missing defining the mechanical properties of these implants. In this study,we developed a special measuring setup for the determination of the mechanical properties of customly available occluders (i.e. Occlutech Figulla®Flex II 29ASD12 and AGA AMPLATZER™9-ASD-012
Unternehmerische Entscheidungen sollten auf einer angemessene Informationsgrundlage basieren. Diese rechtliche Aufforderung stellt Geschäftsleiter in der Praxis vor erhebliche Herausforderungen, die insbesondere die Erstellung von Prognosen betreffen. Um hier einen Unterstützungsbeitrag zu leisten, wird eine Heuristik vorgestellt, die das Treffen prognosebezogener Informationsentscheidungen anleitet. Die Heuristik übernimmt aus der Multiattributiven Nutzentheorie die Empfehlung, Informationsentscheidungen als Gesamtheit aus Zielfunktion und Bewertungsfunktion zu modellieren. In der Zielfunktion werden die Ziele der Informationsentscheidungen von den allgemeinen Unternehmenszielen wie etwa dem Gewinn gelöst. Statt dessen wird auf die Bewirkung besonderer Qualitätseigenschaften von Informationen abgestellt; das sind Vollständigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Daraus ergeben sich die beiden grundlegenden Ziele von Informationsentscheidungen: „Maximierung der Informationsqualität“ und „Minimierung der Informationskosten“. Auf dieser Grundlage besteht für die Bewertungsfunktion die Herausforderung darin, die positiven Nutzenwirkungen aus einer Vergrößerung der Informationsqualität abzuwägen gegen die negativen Nutzenwirkungen, die aus einer damit verbundenen Vergrößerung der Informationskosten resultieren. Um diese Herausforderung zu bewältigen, wird ein iteratives Verfahren aus sequentiell zu treffenden und in diesem Sinne inkrementellen Informationsentscheidungen vorgeschlagen. Wertvoll ist diese Heuristik einerseits in entscheidungstheoretischer Hinsicht, weil sie vorliegende methodische Überlegungen zum Treffen von Informationsentscheidungen erweitert. Vor allem aber besitzt die Heuristik einen praktischen Wert für Geschäftsleiter, da ihre Anwendung bessere Voraussetzungen dafür schafft, der rechtlichen Pflicht zur ordentlichen und gewissenhaften Geschäftsführung zu genügen.
Virtual reality in the hotel industry: assessing the acceptance of immersive hotel presentation
(2019)
In the hotel industry, it is crucial to reduce the inherent information asymmetry with regard to the goods offered. This asymmetry can be minimised through the use of smartphone-based virtual reality applications (SBVRs), which allow virtual simulation of real experiences and thus enable more efficient information retrieval. The aim of the study is to determine for the first time the user acceptance of these immersive hotel presentations for assessing the performance of a travel accommodation. For this purpose, the Technology Acceptance Model (TAM) was used to explain the acceptance behaviour for this new technology. A virtual reality application was specially developed, in which the participants could explore a hotel virtually. A total of 569 participants took part in the study. The structural equation model and the hypotheses were tested using a Partial Least Squares (PLS) analysis. The results illustrate that the immersive product experience leads to more efficient information gathering. The perceived usefulness significantly affects the attitude towards using the technology as well as the intention to use it. In contrast to the traditional TAM, the perceived ease of use of SBVRs has no effect on the perceived usefulness or attitude towards using the technology.