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In the course of the last few years, our students are becoming increasingly unhappy. Sometimes they stop attending lectures and even seem not to know how to behave correctly. It feels like they are getting on strike. Consequently, drop-out rates are sky-rocketing. The lecturers/professors are not happy either, adopting an “I-don’t-care” attitude.
An interdisciplinary, international team set in to find out: (1) What are the students unhappy about? Why is it becoming so difficult for them to cope? (2) What does the “I-don’t-care” attitude of professors actually mean? What do they care or not care about? (3) How far do the views of the parties correlate? Could some kind of mutual understanding be achieved?
The findings indicate that, at least at our universities, there is rather a long way to go from “Engineering versus Pedagogy” to “Engineering Pedagogy”.
Im Jahr 1504 verlor der deutsche Ritter Gottfried („Götz“) von Berlichingen seine
rechte Hand. Schon während seiner Genesung dachte er daran, die Hand zu ersetzen,
und beauftragte bald darauf die erste Handprothese, die sogenannte „Eiserne Hand“.
Jahre später wurde die aufwändigere zweite „Eiserne Hand“ gebaut. Wir haben die erste
Prothese auf der Basis früherer Literaturdaten von
Quasigroch (1982) mit Hilfe von 3-D
Computer-Aided Design (CAD) rekonstruiert. Dazu mussten einige Abmessungen angepasst
und ein paar Annahmen für das CAD-Modell gemacht werden. Die historische passive
Prothese des Götz von Berlichingen ist für die moderne Neuroprothetik interessant, da sie
eine Alternative zu komplexen invasiven Brain-Machine-Interface-Konzepten darstellen
könnte, wo diese Konzepte nicht notwendig, möglich oder vom Patienten gewünscht sind.
In this study, we tested the function of a replica of the over 500-year-old original of the
famous Franconian Imperial Knight Götz von Berlichingen’s first “iron hand”, which we
reconstructed by computer-aided design (CAD) and recently printed using a multi-material
3D printer. In different everyday tasks, the artificial hand prosthesis proved to be remarkably
helpful. Thus, the hand could hold a wine glass, some grapes, or a smartphone. With a
suitable pencil, even writing was possible without any problem. Although for all these
functions the healthy other hand was necessary to assist at the beginning, the artificial hand
is an astonishing mechanical aid with many possibilities. Therefore, in certain cases, the
non-invasive approach of a passive mechanical hand replacement, which is an individual,
quick and cheap solution due to modern 3D printing, may always be worth considering
also for today’s requirements.
A novel approach of a testbed for embedded networking nodes has been conceptualized and implemented. It is based on the use of virtual nodes in a PC environment, where each node executes the original embedded code. Different nodes are running in parallel and are connected via so-called virtual interfaces. The presented approach is very efficient and allows a simple description of test cases without the need of a network simulator. Furthermore, it speeds up the process of developing new features.
In medical applications wireless technologies are not widely spread. Today they are mainly used in non latency-critical applications where reliability can be guaranteed through retransmission protocols and error correction mechanisms. By using retransmission protocols within the disturbed shared wireless channel latency will increase. Therefore retransmission protocols are not sufficient for removing latency-critical wired connections within operating rooms such as foot switches. Todays research aims to improve reliability through the physical characteristics of the wireless channel by using diversity methods and more robust modulation. In this paper an Architecture for building up a reliable network is presented. The Architecture offers the possibility for devices with different reliability, latency and energy consumption requirements to participate. Furthermore reliability, latency and energy consumption are scalable for every single participant.
With increasing flexible AC transmission system (FACTS) devices in operation, like the most versatile unified power flow controller (UPFC), the AC/DC transmission flexibility and power system stability have been suffering unprecedented challenge. This paper introduces the user-defined modeling (UDM) method into the UPFC dynamic modeling process, to deal with the challenging requirements of power system operation. This has also been verified using a leading-edge stability analysis software named DSATools TM in the IEEE-39 bus benchmark system. The characteristics of steady-state and dynamic responses are compared and analyzed under different conditions. Furthermore, simulation results prove the feasibility and effectiveness of the proposed UPFC in terms of both the independent regulation of power flow and the improvement of transient stability.
The DMFC is a promising option for backup power systems and for the power supply of portable devices. However, from the modeling point of view liquid-feed DMFC are challenging systems due to the complex electrochemistry, the inherent two-phase transport and the effect of methanol crossover. In this paper we present a physical 1D cell model to describe the relevant processes for DMFC performance ranging from electrochemistry on the surface of the catalyst up to transport on the cell level. A two-phase flow model is implemented describing the transport in gas diffusion layer and catalyst layer at the anode side. Electrochemistry is described by elementary steps for the reactions occurring at anode and cathode, including adsorbed intermediate species on the platinum and ruthenium surfaces. Furthermore, a detailed membrane model including methanol crossover is employed. The model is validated using polarization curves, methanol crossover measurements and impedance spectra. It permits to analyze both steady-state and transient behavior with a high level of predictive capabilities. Steady-state simulations are used to investigate the open circuit voltage as well as the overpotentials of anode, cathode and electrolyte. Finally, the transient behavior after current interruption is studied in detail.
This chapter portrays the historical and mathematical background of dynamic and procedural content generation (PCG). We portray and compare various PCG methods and analyze which mathematical approach is suited for typical applications in game design. In the next step, a structural overview of games applying PCG as well as types of PCG is presented. As abundant PCG content can be overwhelming, we discuss context-aware adaptation as a way to adapt the challenge to individual players’ requirements. Finally, we take a brief look at the future of PCG.
Aktivität gibt Energie
(2017)
Am Buffet des Lebens
(2017)
In der Planungs- und Betriebspraxis herrscht im Bereich der Betriebsführung von thermisch aktivierten Bauteilsystemen und insbesondere der thermisch trägen Bauteilaktivierung noch große Unsicherheit. Trotz einer weiten Verbreitung dieser Systeme im Neubau von Nichtwohngebäuden hat sich bis heute keine einheitliche Betriebsführungsstrategie durchgesetzt. Vielmehr kritisieren Bauherren und Nutzer regelmäßig zu hohe bzw. niedrige Raumtemperaturen in den Übergangsjahreszeiten und bei Wetterwechsel sowie generell eine mangelhafte Regelbarkeit. Demgegenüber weisen Monitoringprojekte immer wieder einen hohen thermischen Komfort in diesen Gebäuden nach. Offensichtlich unterscheiden sich hier subjektiv empfundene Behaglichkeit und objektiv gemessener Komfort. Gleichzeitig sind Heiz- und Kühlkonzepte mit Flächentemperierung dann besonders energieeffizient, wenn das Regelkonzept auf deren thermische Trägheit angepasst ist. Eine gute Regelung gewährleistet also einen hohen thermischen Komfort und sorgt für einen möglichst niedrigen Energieeinsatz. Das Rechenverfahren mit Anlagenaufwandszahlen (in Anlehnung an DIN V 18599) bietet eine gute Möglichkeit, Anlagenkonzepte inklusive deren Betriebsführungsstrategie zu bewerten. Damit ist es möglich, eine auf das Gebäude angepasste Betriebsführungsstrategie für die Bauteilaktivierung zu finden und einheitlich zu bewerten.
In safety critical applications wireless technologies are not widely spread. This is mainly due to reliability and latency requirements. In this paper a new wireless architecture is presented which will allow for customizing the latency and reliability for every single participant within the network. The architecture allows for building up a network of inhomogeneous participants with different reliability and latency requirements. The used TDMA scheme with TDD as duplex method is acting gentle on resources. Therefore participants with different processing and energy resources are able to participate.
Computing Aggregates on Autonomous, Self-organizing Multi-Agent System: Application "Smart Grid"
(2017)
Decentralized data aggregation plays an important role in estimating the state of the smart grid, allowing the determination of meaningful system-wide measures (such as the current power generation, consumption, etc.) to balance the power in the grid environment. Data aggregation is often practicable if the aggregation is performed effectively. However, many existing approaches are lacking in terms of fault-tolerance. We present an approach to construct a robust self-organizing overlay by exploiting the heterogeneous characteristics of the nodes and interlinking the most reliable nodes to form an stable unstructured overlay. The network structure can recover from random state perturbations in finite time and tolerates substantial message loss. Our approach is inspired from biological and sociological self-organizing mechanisms.
Die Arbeit beschreibt, welche Bedeutung die Internetprodukte für das crossmediale Zeitungsprodukt haben und wie es gelingt, das Image eines Print-Titels sowie dessen Inhalte in andere Medien zu übertragen. Internetbasierte, crossmediale Produktstrategien werden anhand dieser Bausteine kategorisiert und beschrieben. Darauf aufbauend werden Handlungsempfehlungen abgeleitet. Alle Ausführungen beziehen sich auf den deutschen Publikumszeitschriftenmarkt.
Defining Recrutainment: A Model and a Survey on the Gamification of Recruiting and Human Resources
(2017)
Recrutainment, is a hybrid word combining recruiting and entertainment. It describes the combination of activities in human resources and gamification. Concepts and methods from game design are now used to assess and select future employees. Beyond this area, recrutainment is also applied for internal processes like professional development or even marketing campaigns. This paper’s contribution has four components: (1) we provide a conceptual background, leading to a more precise definition of recrutainment; (2) we develop a new model for analyzing solutions in recrutainment; (3) we present a corpus of 42 applications and use the new model to assess their strengths and potentials; (4) we provide a bird’s eye view on the state of the art in recrutainment and show the current weighting of gamification and recruiting aspects.
We present the design outline of a context-aware interactive system for smart learning in the STEM curriculum (science, technology, engineering, and mathematics). It is based on a gameful design approach and enables "playful coached learning" (PCL): a learning process enriched by gamification but also close to the learner's activities and emotional setting. After a brief introduction on related work, we describe the technological setup, the integration of projected visual feedback and the use of object and motion recognition to interpret the learner's actions. We explain how this combination enables rapid feedback and why this is particularly important for correct habit formation in practical skills training. In a second step, we discuss gamification methods and analyze which are best suited for the PCL system. Finally, emotion recognition, a major element of the final PCL design not yet implemented, is briefly outlined.
Designing Authentic Emotions for Non-Human Characters. A Study Evaluating Virtual Affective Behavior
(2017)
While human emotions have been researched for decades, designing authentic emotional behavior for non-human characters has received less attention. However, virtual behavior not only affects game design, but also allows creating authentic avatars or robotic companions. After a discussion of methods to model and recognize emotions, we present three characters with a decreasing level of human features and describe how established design techniques can be adapted for such characters. In a study, 220 participants assess these characters' emotional behavior, focusing on the emotion "anger". We want to determine how reliable users can recognize emotional behavior, if characters increasingly do not look and behave like humans. A secondary aim is determining if gender has an impact on the competence in emotion recognition. The findings indicate that there is an area of insecure attribution of virtual affective behavior not distant but close to human behavior. We also found that at least for anger, men and women assess emotional behavior equally well.
Die vorliegende Ausarbeitung thematisiert die Entwicklung im Eventmarketing und behandelt mitunter die Bedeutung von Events aus Sicht des Veranstalters, der austragenden Destination und der Eventteilnehmenden als beteiligte Akteure. Zunächst erfolgt ein theoretischer Teil, in dem unter anderem essentiell wichtige Begriffe definiert und eingeordnet sowie Aufgaben im Rahmen des Arbeitsprozesses eines Marketing-Events erläutert werden. Um einen Bezug zur Praxis herzustellen wird eine empirische Vorgehensweise verfolgt, anhand der die Arbeitsfelder rund um die Erstellung der Veranstaltung „Snow Bike Festival 2017 in Gstaad“ veranschaulicht werden, wofür Experteninterviews mit Personen aus der Eventmarketingpraxis durchgeführt wurden. Ziel ist es zudem, die Bedeutsamkeit von Events in praktischer Sichtweise festzuhalten, Trends im Bereich Events zu erkennen und den zukünftigen Einsatz der Kommunikationsinstrumente auf wissenschaftlicher Basis zu analysieren.
Applications helping us to maintain the focus on work are called “Zenware” (from concentration and Zen). While form factors, use cases and functionality vary, all these applications have a common goal: creating uninterrupted, focused attention on the task at hand. The rise of such tools exemplifies the users’ desire to control their attention within the context of omnipresent distraction. In expert interviews we investigate approaches in the context of attention-management at the workplace of knowledge workers. To gain a broad understanding, we use judgement sampling in interviews with experts from several disciplines. We especially explore how focus and flow can be stimulated. Our contribution has four components: a brief overview on the state of the art (1), a presentation of the results (2), strategies for coping with digital distractions and design guidelines for future Zenware (3) and an outlook on the overall potential in digital work environments (4).
Manuelle Montagen erfahren eine zunehmende Variantenvielfalt und abnehmende Losgrößen, und das bei steigenden Anforderungen bezüglich Qualität und Produktivität. Statische Montageanweisungen kommen hierbei an ihre Grenzen. Doch welche Systeme bieten für manuelle Montagen eine geeignete Assistenz an? Im vorliegenden Artikel werden auf dem Markt vorhandene Montageassistenzsysteme eingeteilt und bewertet, um Aussagen zu ihrer Eignung zu treffen. Anschließend wird ihr Unterstützungspotenzial am Beispiel eines Arbeitsplatzes untersucht und bewertet.
Electrolyte-Gated Field-Effect Transistors Based on Oxide Semiconductors: Fabrication and Modeling
(2017)
Due to climate change and scarcity of water reservoirs, monitoring and control of irrigation systems is now becoming a major focal area for researchers in Cyber-Physical Systems (CPS). Wireless Sensor Networks (WSNs) are rapidly finding their way in the field of irrigation and play the key role as data gathering technology in the domain of IoT and CPS. They are efficient for reliable monitoring, giving farmers an edge to take precautionary measures. However, designing an energy-efficient WSN system requires a cross-layer effort and energy-aware routing protocols play a vital role in the overall energy optimization of a WSN. In this paper, we propose a new hierarchical routing protocol suitable for large area environmental monitoring such as large-scale irrigation network existing in the Punjab province of Pakistan. The proposed protocol resolves the issues faced by traditional multi-hop routing protocols such as LEACH, M-LEACH and I-LEACH, and enhances the lifespan of each WSN node that results in an increased lifespan of the whole network. We used the open-source NS3 simulator for simulation purposes and results indicate that our proposed modifications result in an average 27.8% increase in lifespan of the overall WSN when compared to the existing protocols.
Erfinderisches Problemlösen mit TRIZ : Zielbeschreibung, Problemdefinition und Lösungspriorisierung
(2017)
Die Theorie des erfinderischen Problemlösens, TRIZ, ist eine Systematik von Annahmen, Regeln, Methoden und Werkzeugen zur innovativen Systemverbesserung z.B. von Produkten, Prozessen, Dienstleistungen oder Organisationen. Diese Richtlinie erläutert TRIZ-Werkzeuge und -Methoden, die insbesondere in den Phasen "Zielbeschreibung", "Problemdefinition" und "Lösungspriorisierung" des Problemlösungsprozesses eingesetzt werden. Die Detailtiefe der Beschreibung erlaubt eine Einschätzung der Werkzeuge und Methoden hinsichtlich Einsatzzwecken, Ergebnissen und Funktionsweise. Die jeweilige Beschreibung der Methoden und Werkzeuge enthält konkrete Aussagen über Zielsetzung und Ergebnis ihres Einsatzes.
eTPL: An Enhanced Version of the TLS Presentation Language Suitable for Automated Parser Generation
(2017)
The specification of the Transport Layer Security (TLS) protocol defines its own presentation language used for the purpose of semi-formally describing the structure and on-the-wire format of TLS protocol messages. This TLS Presentation Language (TPL) is more expressive and concise than natural language or tabular descriptions, but as a result of its limited objective has a number of deficiencies. We present eTPL, an enhanced version of TPL that improves its expressiveness, flexibility, and applicability to non-TLS scenarios. We first define a generic model that describes the parsing of binary data. Based on this, we propose language constructs for TPL that capture important information which would otherwise have to be picked manually from informal protocol descriptions. Finally, we briefly introduce our software tool etpl-tool which reads eTPL definitions and automatically generates corresponding message parsers in C++. We see our work as a contribution supporting sniffing, debugging, and rapid-prototyping of wired and wireless communication systems.
EuGH "comtech"
(2017)
Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wurde evaluiert, welche Hardware-Plattform für Einsteiger im Bereich der System-on-Chip (SoC) Field-Programmable-Gate-Arrays (FPGAs) (SoC-FPGAs)geeignet ist, speziell Altera Cyclone V SoC. Dabei wurde die Vorgehensweise sowie die benötigten Programme, die für die Entwicklung benötigt werden, ermittelt. Als Beispiel Applikation diente hier die Bildverarbeitung. Die Hardware-Plattform soll es ermöglichen, dass diese von Programmierern im Bereich der Bildverarbeitung genutzt werden kann, ohne dass diese sich um die Hardware kümmern müssen. Zusätzlich sollte evaluiert werden, ob und wie man den FPGA benutzen kann, um Algorithmen auf der Hardware auszuführen, und so einen Performance Gewinn zu erhalten.
Für die Thesis stand zu Beginn ein Hardware-Paket, bestehend aus einem FPGA-SoC-Board, Kamera-Modul sowie TFT-Display zur Verfügung. Dieses Paket stellte sich als nicht geeignet heraus, da die Hersteller entweder keine oder nur mangelhafte Dokumentation zu den Modulen bereitstellten.
Als geeignete Hardware wurde das DE0-Nano-SoC von der Firma Terasic gewählt. Das verwendete Kamera–Modul sowie Display–Modul stammt ebenfalls von Terasic. Diese Module bieten den Vorteil, dass sie auch mit anderen Boards von Terasic kompatibel und gut dokumentiert sind und es Beispiel-Programme für diese Module gibt. Für die gewählte Hardware-Plattform wurde ein IP-Core für die Kommunikation mit der Kamera, sowie ein IP-Core für die Berechnung von Bayer-Raw-Format in das 16 bit(565)-RGB-Format entworfen und implementiert. Die Funktion der IP-Cores wurde mit Hilfe von Simulationen verifiziert.
Es wurden die Arbeitsschritte und Abläufe ermittelt, die nötig sind, um das System vom embedded Linux zu programmieren und mit den IP-Cores zu kommunizieren.
Die in diesem Aufsatz angesprochenen drei Skype-Performances, die wir im Zeitraum von 2010 bis 2013 durchgeführt haben, fokussieren nicht auf die trennenden Momente der handelnden Subjekte und ihrer Medien, sondern verfolgen eine radikal verkörperte, techno-ökologische Sichtweise. Im Kern untersuchen wir erweiterte Phänotypen , die durch das fortlaufende Parasitiert-Werden unserer Organismen durch die elektronischen Kanäle entstehen. So gesehen verbinden sich via Skype keine getrennten Personen und Orte, sie bilden vielmehr über die Präsenzerfahrung u.a. von Stimme, Haut und Rhythmus eine gemeinsame Umwelt und öffnen temporär einen ‚Dritten Raum‘ bzw. einen ‚Dritten Körper‘. Mensch, Maschine und Umwelt entwickeln durch die Medialisierung eine emergente Bezogenheit organischer und anorganischer Milieus, eine taktil/haptisch-mediale, verkörperte Ökologie. Das ist eine zentrale Annahme unserer Versuchsreihen.
Exploiting Dissent: Towards Fuzzing-based Differential Black Box Testing of TLS Implementations
(2017)
The Transport Layer Security (TLS) protocol is one of the most widely used security protocols on the internet. Yet do implementations of TLS keep on suffering from bugs and security vulnerabilities. In large part is this due to the protocol's complexity which makes implementing and testing TLS notoriously difficult. In this paper, we present our work on using differential testing as effective means to detect issues in black-box implementations of the TLS handshake protocol. We introduce a novel fuzzing algorithm for generating large and diverse corpuses of mostly-valid TLS handshake messages. Stimulating TLS servers when expecting a ClientHello message, we find messages generated with our algorithm to induce more response discrepancies and to achieve a higher code coverage than those generated with American Fuzzy Lop, TLS-Attacker, or NEZHA. In particular, we apply our approach to OpenssL, BoringSSL, WolfSSL, mbedTLS, and MatrixSSL, and find several real implementation bugs; among them a serious vulnerability in MatrixSSL 3.8.4. Besides do our findings point to imprecision in the TLS specification. We see our approach as present in this paper as the first step towards fully interactive differential testing of black-box TLS protocol implementations. Our software tools are publicly available as open source projects.
Elastic constants of components are usually determined by tensile tests in combination with ultrasonic experiments. However, these properties may change due to e.g. mechanical treatments or service conditions during their lifetime. Knowledge of the actual material parameters is key to the determination of quantities like residual stresses present in the medium. In this work the acoustic nonlinearity parameter (ANP) for surface acoustic waves is examined through the derivation of an evolution equation for the amplitude of the second harmonic. Given a certain depth profile of the third-order elastic constants, the dependence of the ANP with respect to the input frequency is determined and on the basis of these results, an appropriate inversion method is developed. This method is intended for the extraction of the depth dependence of the third-order elastic constants of the material from second-harmonic generation and guided wave mixing experiments, assuming that the change in the linear Rayleigh wave velocity is small. The latter assumption is supported by a 3D-FEM model study of a medium with randomly distributed microcracks as well as theoretical works on this topic in the literature.
This book offers a compendium of best practices in game dynamics. It covers a wide range of dynamic game elements ranging from player behavior over artificial intelligence to procedural content generation. Such dynamics make virtual worlds more lively and realistic and they also create the potential for moments of amazement and surprise. In many cases, game dynamics are driven by a combination of random seeds, player records and procedural algorithms. Games can even incorporate the player’s real-world behavior to create dynamic responses. The best practices illustrate how dynamic elements improve the user experience and increase the replay value.
The book draws upon interdisciplinary approaches; researchers and practitioners from Game Studies, Computer Science, Human-Computer Interaction, Psychology and other disciplines will find this book to be an exceptional resource of both creative inspiration and hands-on process knowledge.
Gamification, die spielerische Anreicherung von Tätigkeiten, erfreut sich zunehmender Beliebtheit. Insbesondere in den Bereichen Gesundheit (Exergames) oder Lernen (Serious Games, Edutainment) gibt es eine Vielzahl erfolgreicher Anwendungen. Weniger verbreitet ist Gamification dagegen bislang bei Arbeitsprozessen. Zwar gibt es erfolgreiche Ansätze im Bereich Dienstleistung und Service (z. B. bei Callcentern), der Bereich der industriellen Produktion wurde jedoch bis vor wenigen Jahren nicht adressiert.
Dieses Kapitel gibt einen Überblick der Entwicklung von Gamification und zeigt den Stand der Technik. Wir leiten allgemeine Anforderungen für Gamification im Produktionsumfeld ab und stellen zwei neue Ansätze aus der aktuellen Forschung vor. Diese werden in einer Studie mit Trainern aus der Automobilbranche auf Akzeptanz untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine insgesamt positive Haltung zur Gamifizierung der Produktion und eine sehr hohe Akzeptanz insbesondere des Pyramiden-Designs.
Der Kommunikation von Unternehmen wird gegenwärtig eine geringe Glaubwürdigkeit zugeschrieben – vor allen Dingen, wenn sie über das Social Web stattfindet. Dabei besitzt
die Social Web-Kommunikation, insbesondere über soziale Netzwerke, einen hohen Stellenwert für die Unternehmenskommunikation und es wird davon ausgegangen, dass dieser Stellenwert in Zukunft noch weiter zunehmen wird. Aus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Masterthesis untersucht, wie die nternehmenskommunikation,
die über die Social Web-Plattform soziales Netzwerk stattfindet, positiv beeinflusst werden kann.
Hierzu wurden Vermutungen über positive Beeinflussungsmöglichkeiten in Form von Hypothesen formuliert, welche zum Teil auf Erkenntnissen bisheriger Arbeiten auf dem Gebiet der Glaubwürdigkeitsforschung basieren. Daraufhin wurden die zur Überprüfung der Hypothesen benötigten Daten mittels einer standardisierten Online-Befragung erhoben und anschließend mit Hilfe von Varianzanalysen ausgewertet. Dabei konnten vier Hypothesen verifiziert werden. Diese besagen, dass die Glaubwürdigkeit der Unternehmenskommunikation über soziale Netzwerke durch das Eingehen auf negative Nutzerkommentare, die sprachliche Korrektheit von Unternehmensbeiträgen sowie durch die Ausgestaltung dieser Beiträge mit Emoticons und professionellen Bildern positiv beeinflusst wird. Die fünfte und letzte Hypothese, welche eine positive Beeinflussung der kommunikativen Glaubwürdigkeit durch die Verwendung von Influencern für
Unternehmensbeiträge unterstellt, konnte nicht validiert werden.
The paper describes the hardware and software architecture of the developed multi MEMS sensor prototype module, consisting of ARM Cortex M4 STM32F446 microcontroller unit, five 9-axis inertial measurement units MPU9255 (3D accelerometer, 3D gyroscope, 3D magnetometer and temperature sensor) and a BMP280 barometer. The module is also equipped with WiFi wireless interface (Espressif ESP8266 chip). The module is constructed in the form of a truncated pyramid. Inertial sensors are mounted on a special basement at different angles to each other to eliminate hardware sensors drifts and to provide the capability for self-calibration. The module fuses information obtained from all types of inertial sensors (acceleration, rotation rate, magnetic field and air pressure) in order to calculate orientation and trajectory. It might be used as an Inertial Measurement Unit, Vertical Reference Unit or Attitude and Heading Reference System.
Heart rhythm model and simulation of electrophysiological studies and high-frequency ablations
(2017)
Background: The simulation of complex cardiologic structures has the potential to replace clinical studies due to its high efficiency regarding time and costs. Furthermore, the method is more careful for the patients’ health than the conventional ways. The aim of the study was to create an anatomic CAD heart rhythm model (HRM) as accurate as possible, and to show its usefulness for cardiac electrophysiological studies (EPS) and high-frequency (HF) ablations.
Methods: All natural heart components of the new HRM were based on MRI records, which guaranteed electronic functionality. The software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) was used for the construction, while CST’s material library assured genuine tissue properties. It should be applicable to simulate different heart rhythm diseases as well as various diffusions of electromagnetic fields, caused by electrophysiological conduction, inside the heart tissue.
Results: It was achievable to simulate normal sinus rhythm and fourteen different heart rhythm disturbance with different atrial and ventricular conduction delays. The simulated biological excitation of healthy and sick HRM were plotted by simulated electrodes of four polar right atrial catheter, six polar His bundle catheter, ten polar coronary sinus catheter, four polar ablation catheter and eight polar transesophageal left cardiac catheter (Fig.). Accordingly, six variables were rebuilt and inserted into the anatomic HRM in order to establish heart catheters for ECG monitoring and HF ablation. The HF ablation catheters made it possible to simulate various types of heart rhythm disturbance ablations with different HF ablation catheters and also showed a functional visualisation of tissue heating. The use of tetrahedral meshing HRM made it attainable to store the results faster accompanied by a higher degree of space saving. The smart meshing function reduced unnecessary high resolutions for coarse structures.
Conclusions: The new HRM for EPS simulation may be additional useful for simulation of heart rhythm disturbance, cardiac pacing, HF ablation and for locating and identification of complex fractioned signals within the atrium during atrial fibrillation HF ablation.