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Die Lehre auf dem Gebiet der rechnerunterstützten Methoden in der Produktentwicklung verkörpert einen zentralen Schwerpunkt der Ingenieursausbildung. Dies bedingt eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Inhalte und der didaktischen Unterrichtsmethoden. In diesem Artikel wird die Entwicklung eines didaktischen Konzepts für die Konstruktionsausbildung zur Verbesserung der Präsentationskompetenz und Teamfähigkeit der Studierenden beschrieben und über erste Erfahrungen aus der Umsetzung in die Lehrveranstaltung „CAD/CAE“ berichtet. Die Studierenden erarbeiten in nach der Rundlitzenseilmethode strukturierten Gruppen numerische Lösungen zu Variantenrechnungen einer FEM-Aufgabe, nämlich „Berechnung der Formzahlen an Profilwellen mit Entlastungskerben“. Sie stellen ihre Ergebnisse in Form von 100-Sekunden-Vorträgen dar. Die Bewertung dieser Leistungen erfolgt nach dem Ampelschema. Eine detaillierte statistisch-psychologische Evaluation dieses didaktischen Konzepts ist Ziel weiterführender Untersuchungen.
In einer Vorlesung nicht abgehängt zu werden und die vielen Ergebnisse strukturiert zu sichern, ist für Studienanfänger eine große Herausforderung. Mitschriebe sind sehr oft unvollständig, unstrukturiert oder „zerfläddert“. Mitschreib-Marathon und Mitdenken schließen sich bei vielen aus. Auch aktivierende Lehrmethoden, Medienwechsel, Lehrvideos führen oft dazu, dass eine strukturierte Sicherung der Inhalte des Lehrgesprächs noch erschwert wird.
Es wird ein Best Practice Beispiel gezeigt, Mathematik-Vorlesungen über ein Tablet-basiertes Mitmach-Skript zu gestalten. Dieses dient als Schrittmacher zwischen Input- und Verarbeitungsphasen und unterstützt die strukturierte Verschriftlichung, indem es Vorteile von Tafel, PPT und klassischem Skript vereint. Traditionelle Methoden werden mit technologischen Möglichkeiten kombiniert, um die angesprochenen Herausforderungen bewusster im Lehrstil zu berücksichtigen. Verbindungen zu Virtual Classroom und Video-gestützter Lehre werden aufgezeigt.
Gelingt den Studienanfängern eine strukturierte Ergebnissicherung der Lehrveranstaltungen? Oder sind viele allein schon mit einem vollständigen Mitschrieb überfordert? Laufen aktivierende Methoden, Medienwechsel und der Wunsch nach strukturierter Sicherung der Inhalte des Lehrgesprächs teilweise sogar auseinander? Immer mehr Studierende (möchten) auch per Tablet mitschreiben. Wie könnte man in der Lehre auf diese Aspekte stärker eingehen?
Es wird ein praktischer Ansatz gezeigt, Mathematik-Vorlesungen über ein Tablet-basiertes Mitmach-Skript zu gestalten. Dieses dient als Schrittmacher zwischen Input- und Verarbeitungsphasen und unterstützt die strukturierte Verschriftlichung, indem es Vorteile von Tafel, PPT und klassischem Skript vereint. Traditionelle Methoden werden mit technologischen Möglichkeiten kombiniert, um die angesprochenen Herausforderungen bewusster im Lehrstil zu berücksichtigen. Verbindungen zu Virtual Classroom und Video-gestützter Lehre werden aufgezeigt.
Der Übergang Schule-Studium wird an der Hochschule Offenburg im Vorbereitungskurs Mathematik per Smartphone bzw. Tablet unterstützt. Eine Mathe-App gibt zu den Trainingsaufgaben bei Bedarf Tipps und Teilschritte und hilft so den Studierenden, gemäß individuellem Tempo und Vorkenntnisstand zu arbeiten. Dies fördert eine Aktivierung der Kursteilnehmer auch bei großer Heterogenität. Der mobile Ansatz erlaubt, die ca. 400 Teilnehmer des Präsenz-Kurses in normalen Klassenräumen ohne PC-Ausstattung mit einem eCoach zu unterstützen und ermöglicht die Flexibilisierung von Übungszeit und –Ort über die Präsenzzeit hinaus.
Dieser für die heutige junge Generation attraktive Lernzugang entstand als Kooperationsprojekt zwischen der MassMatics UG und der Hochschule Offenburg. Durch die inhaltliche Orientierung am hochschulübergreifenden Mindestanforderungskatlog Mathematik des cosh-Arbeitskreises entstand eine Lösung, die jedem Studienanfänger zur Vorbereitung auf das Studium nutzen kann (auch ohne Präsenzkurs), die zu den Brückenkurs-Inhalten vieler Hochschulen passt und für die aktuell schon Kooperationsprojekte mit Schulen starten.
Das Projekt MINT-College TIEFE (Talente Individuell, Erfolgreich Fördern und Entwickeln) der Hochschule Offenburg wird im Rahmen des Bund-Länder-Programms Qualitätspakt Lehre aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 01PL11016 gefördert. Unterstützt wird das Projekt vom Informationszentrum der Hochschule Offenburg.
Voice User Experience
(2023)
Sprachassistenten wie Alexa, Google Assistant, Siri, Cortana, Magenta und Bixby erfreuen sich dank ihrer intuitiven, schnellen und bequemen Interaktionsmöglichkeiten zunehmender Beliebtheit und bieten deshalb spannende Möglichkeiten für die Weiterentwicklung des digitalen Kundendialogs. Doch ob die Technologie wirklich breite Akzeptanz finden wird, hängt nicht nur mit ihrer technischen Qualität oder Usability zusammen. Auch die User Experience, die neben den Reaktionen der Nutzer*innen während der Anwendung auch ihre Erwartungen und Wahrnehmungen vor und nach der Anwendung umfasst, spielt eine zentrale Rolle. Die Messung der Qualität der Voice User Experience (Voice UX) ist daher von großem Interesse für die Bewertung und Optimierung von Sprachapplikationen. Die Frage, wie die Voice UX von sprachgesteuerten Systemen gemessen werden kann, ist jedoch noch offen. Aktuelle Methoden stützen sich häufig auf UX-Forschung zu grafischen Benutzeroberflächen, obwohl die sprachbasierten Interaktionsformen in der Regel weder visuell noch haptisch greifbar sind. In unserem Beitrag möchten wir den aktuellen Status quo der deutschen Voice User Experience untersuchen. Folgende Fragen stehen dabei im Mittelpunkt: Wie können Sprachanwendungen zu einem erfolgreichen Kundendialog beitragen? Welche Nutzerirritationen treten aktuell bei der Anwendung von Sprachassistenten auf? Mit welchen Methoden lässt sich die Voice User Experience messen?
Für langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) wird ein repräsentatives Volumenelement (RVE) für FEM-Simulationen generiert. Dies geschieht unter Berücksichtigung von mikrostrukturellen Kenngrößen wie Faserorientierungsverteilung, -volumengehalt und -längenverteilung, die für einen charakteristischen Werkstoffzustand experimentell ermittelt wurden. Mittels Mikrostruktursimulationen wird das Kriechverhalten von LFT untersucht. Das viskoelastische Verhalten der Matrix wird experimentell an Substanzproben aus Polypropylen ermittelt und in die RVE-Simulationen mit einem modifizierten Burgers-Modell implementiert. Schließlich werden die Rechnungen mit verschiedenen, fiktiven sowie experimentell ermittelten Faserlängenverteilungen mit Kriechversuchen am LFT verglichen. Es zeigt sich eine starke Abhängigkeit des Kriechverhaltens von der Faserlänge und eine hohe Prognosegüte der Simulationen, die die experimentell ermittelte Längenverteilung berücksichtigen.
Weitsprung mit und ohne Unterschenkelprothese – gleiche Sportart, unterschiedliche Disziplinen
(2022)
Conversion-Killer in Onlineshops - Identifikation von Kundenorientierung anhand von Mimikindikatoren
(2018)
Mimik als Ausdrucksform von Emotionen ist, seitdem es die Menschheit gibt, ein zentrales Verständigungsmittel in der Kommunikation. Da das Gegenüber in der Interaktion heute in vielen Situationen des täglichen Lebens eine Maschine ist, wäre es vorstellbar, dass die Mimik als Emotionsträger und Kommunikationsmittel seine Bedeutung verliert. Dies ist ein Irrtum: In der vorliegenden Untersuchung wird im Rahmen einer umfassenden Studie festgestellt, dass Mimik von der menschlichen Kommunikation schwer trennbar ist und auch in der Interaktion mit Maschinen unvermindert auftritt. Diese Erkenntnis kann Unternehmen helfen, den Mensch-Maschine-Dialog genau zu analysieren, um erfolgsmindernde Kundenirritationen zu eliminieren und die Abläufe optimal auf die Bedürfnisse der Nutzer anpassen zu können.
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.
Freiwillige Fachtutorien erreichen aus unterschiedlichen Gründen nicht alle Studierenden. Allein der subjektive Eindruck, dass zu wenige Ressourcen seitens der Hochschule (Übungsräume, studentische Tutoren, lückenlose Stundenplanpassung) oder der Studierenden (Zeit, Motivation) zur Verfügung stünden, führt zu Absenzen bei freiwilligen Präsenztutorien. Um die empfundenen und realen Begrenzungen dieser Veranstaltungen zu verringern, wurden für den Studiengang Maschinenbau die Musterlösungen der Übungsaufgaben Physik und Mathematik in Form von Videoclips erstellt und über die Lernplattform Moodle für alle Studierende des Semesters bereitgestellt. Die Clips beziehen sich jeweils auf eine Teilaufgabe und besitzen die Länge eines typischen Youtube-Tutorials. In etwa 5 Minuten bieten sie dem Zuschauer einen Lösungsweg zu den jeweiligen Übungsaufgaben. Die Studierenden können die Clips alternativ oder ergänzend zur Präsenzveranstaltung nutzen. Bei der Erstellung der Clips wurde auf den Einsatz von Spezialeffekten wie Animationen etc. zugunsten einer effizienten Produktion verzichtet, so dass eine einzelne Lehrperson pro Stunde etwa 10 bis 20 Minuten Videoclips aufzeichnen kann. Die Auswertung der Zugriffszahlen auf die Clip-Dateien ermöglicht eine aufgabengenaue Ermittlung der aktiven Nutzer. Im Betrag wird eine vorläufige Auswertung der Teilnehmerzahl und der Korrelation zwischen Klausurergebnis und Nutzungsgrad präsentiert.
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.
Die Vorlesung Physik ist ein grundlegender Baustein der meisten Ingenieursstudiengänge und stellt für viele Studienanfänger eine Hürde zum Studienstart da. Die Vorkenntnisse der Studienanfänger sind zunehmend heterogen und der sichere Umgang mit physikalischen Konzepten erfordert mehr oder wenig Übung, um diese zu festigen oder auch erstmals einzuführen. Um dieses Üben zu ermöglichen, wurde für die Vorlesung "Physik 1" in den Studiengängen Maschinenbau, Werkstofftechnik, Mechatronik, Biomechanik, Biotechnologie und Umwelt- und Verfahrenstechnik der Hochschule Offenburg ein E-Tutorium erarbeitet, das die Übungsaufgaben in Form von 10 Online-Selbsttest mit jeweils vier Übungsaufgaben anbietet. Die Selbsttests beinhalten dabei typische Aufgabenstellungen, deren Zahlenwerte (Masse, Geschwindigkeit usw.) bei jedem Aufruf der Aufgabe variieren. Dadurch lassen sich die Selbsttests zum selbständigen Üben nutzen. Ein reines Abschreiben einer Musterlösung ist durch die veränderlichen Zahlenwerte darüber hinaus unmöglich. Wir beschreiben eine Methode zur effizienten Erzeugung der Moodle-basierten Selbsttests mit Hilfe der Software R/exams und berichten über die Erfahrungen beim ersten Einsatz.
Der Studienbeginn wird an der Hochschule Offenburg durch Vorbereitungskurse, sogenannte Brückenkurse, unterstützt. Wir stellen vorläufige Ergebnisse beim Einsatz von Smartphones und Tablets im Rahmen des Physik-Brückenkurses vor, bei dem die Studenten Hilfen zum selbständigen Üben durch eine App erhalten. Durch die Überarbeitung des Kurses und den Einsatz der App konnte der Teilnehmerschwund verringert werden. Die Evaluationsergebnisse bestätigen eine hohe Akzeptanz der Neuerungen seitens der Studierenden. Erste Auswertungen von Ein- und Ausgangstests deuten darauf hin, dass durch den Brückenkurs eine Angleichung der Vorkenntnisse der Studienanfänger erreicht wird, da Teilnehmer mit geringeren Vorkenntnissen tendenziell einen größeren Lernfortschritt erreichen. Durch unterschiedliche Schwierigkeitsstufen und selbstregulierte Übungsphasen in individuellem Tempo können aber auch die Erfordernisse der stärkeren Teilnehmer angemessen berücksichtigt werden.
Auch wenn kaum eine andere Branche in Deutschland durch die weltweite Finanzkrise so stark getroffen wurde wie der Maschinenbau, gehört dieser nach wie vor zu den erfolgreichsten Branchen (vgl. VDMA 2010). In vielen Produktsegmenten sind deutsche Maschinenbauer Weltmarktführer. Jedoch stehen sie seit einigen Jahren Herausforderungen gegenüber, die zu einem Umdenken und einer Neuausrichtung führen. Insbesondere das nach wie vor existente Problem der Produktpiraterie sowie die zumeist aus den asiatischen Räumen eingetretenen Wettbewerber, die für einen enormen Preisdruck sorgen, haben in den letzten Jahren dazu geführt, dass Standardmaschinen nur noch eine geringe Profitabilität aufweisen. Mit produktbegleitenden Dienstleistungen (Services) hingegen lasst sich mit durchschnittlich 21 % eine rund viermal so hohe operative Marge realisieren wie mit Maschinen (vgl. Schmiedeberg/Strahle/Bendig 2010, S. 3). Annahmen gehen davon aus, dass Services das Potenzial haben, einen Umsatzanteil von bis zu 35 % und damit einen Gewinnanteil von bis zu 60 % zu erreichen.
Fallstudien sollen theoretische Lerninhalte zu Konzepten von Business Intelligence und Data Warehousing veranschaulichen und in einen praxisnahen Kontext bringen. Außerdem sollen Studierende umsetzungsorientierte Kompetenzen mit praxisrelevanten Systemen erwerben. Um diese Kompetenzen abzuprüfen und um die Auseinandersetzung mit Software und Konzepten zu vertiefen, haben sich Projekte als Ergänzung zu Fallstudien und Klausuren vielfach bewährt. Der Vortrag stellt dar, welche Möglichkeiten Dozierende im Rahmen der vom UCC zur Verfügung gestellten Plattform SAP Data Warehouse Cloud (SAP DWC) haben, um studentische Projekte zu Data Warehousing und Analytics durchzuführen. Der Autor berichtet über seine Erfahrung aus der Betreuung von über 30 Projekten mit SAP DWC aus verschiedenen Studiengängen seit 2020. Neben einer Übersicht über die von Studierenden gewählten Themen werden ausgewählte Projektergebnisse vorgestellt. Außerdem wird auf den Modus der Durchführung sowie existierende systemseitige Limitationen eingegangen. Für Dozierende, die mit ihren Studierenden eigene Projekte erfolgreich durchführen möchten, werden konkrete Hinweise und Maßnahmen dargestellt.
Es wird eine Fallstudie vorgestellt, die die Visualisierung von Geschäftsdaten nach dem International Business Communication Standard IBCS (Hichert & Faisst 2016 / 2017) auf der cloudbasierten Plattform SAP Analytics Cloud umsetzt. Mit der Fallstudie soll die Frage beantwortet werden, ob IBCS im Rahmen einer Lehreinheit mit hohem praktischem Anteil mit SAP Analytics Cloud umgesetzt werden kann. Darüber hinaus soll der generelle Einsatz von SAP Analytics Cloud für die Lehre im Analytics-Umfeld evaluiert werden.
Hintergrund: Das elektrische interventrikuläre Delay (IVD) und die Lage der linksventrikulären (LV) Elektrode zum Ort der spätesten LV Erregung sind bei Patienten (P) mit Herzinsuffizienz (HF), reduzierter LV Funktion und breiter QRS Dauer (QRSD) von Bedeutung für den Erfolg der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT). Die LV Elektrokardiographie ermöglicht eine Abschätzung des elektrischen IVD. Ziel der Studie besteht in der nicht-invasiven Evaluierung des elektrischen IVD bei Patienten (P) mit Vorhofflimmern (AFib) mit und ohne CRT mit biventrikulärer (BV) Stimulation.
Methoden: Bei 49 HF P mit AFib (Alter 63,9 ± 10,8 Jahre; 43 Männer und 6 Frauen) mit New York Heart Association (NYHA) Klasse 2,9 ± 0,4, LV Ejektionsfraktion 26,03 ± 7,99 % und QRS-Dauer (QRSD) 143,69 ± 35,62 ms wurde das elektrische IVD als Intervall zwischen Beginn des QRS-Komplexes im Oberflächen EKG und Beginn des LV Signals im transösophagealen LV EKG bei 31 HF P mit AFib und bei 18 HF P mit AFib und CRT präoperativ bestimmt. Das fokussierte bipolare LV EKG wurde mittels Osypka TO Sonde mit halbkugelförmigen Elektroden in Höhe des maximalen LV Signals registriert.
Ergebnisse: Bei 31 HF P mit AFib betrugen QRSD 135,48 ± 38,78 ms, IVD 49,55 ± 26,38 ms, QRSD-IVD-Verhältnis 3,12 ± 1,11 und das IVD korrelierte mit der QRSD (r=0,75, P<0,001) und dem QRSD-IVD-Verhältnis (r=-0,67, P<0,001) (Fig.). Bei 18 HF P mit AFib und CRT Defibrillator betrugen QRSD 157,83 ± 24,38 ms, IVD 61,94 ± 26,88 ms, QRSD-IVD-Verhältnis 3,12 ± 1,89 und das IVD korrelierte mit der QRSD (r=0,47, P=0,049) und dem QRSD-IVD-Verhältnis (r=-0,73, P<0,001). Bei 72,2 % CRT Responder (R) (n=13) betrugen QRSD 158,15 ± 22,4 ms, IVD 64,23 ± 24,62 ms, QRSD-IVD-Verhältnis 2,82 ± 1,32 und das IVD korrelierte mit der QRSD (r=0,57, P=0,043) und dem QRSD-IVD-Verhältnis (r=-0,76, P=0,0024). Bei 27,8 % CRT Non-Responder (NR) (n=5) betrugen QRSD 157 ± 31,94 ms, IVD 56 ± 34,52 ms, QRSD-IVD-Verhältnis 3,88 ± 2,98 und das IVD korrelierte nicht mit der QRSD (r=0,33, P=0,591) und dem QRSD-IVD-Verhältnis (r=-0,732, P=0,159). Die CRT R verbesserten sich in der NYHA Klasse von 3 ± 0,2 auf 2,2 ± 0,3 (P<0,001) während 15,3 ± 13,1 Monaten BV Stimulation. Bei 15 CRT NR kam es zu keiner Verbesserung der NYHA Klasse von 3 auf 3,3 ± 0,97 (P=0,529) während 18,8 ± 20,7 Monaten BV Stimulation.
Schlussfolgerungen: Das transösophageale LV EKG ermöglicht bei HF-P mit AFib die nichtinvasive Messung des elektrischen IVD präoperativ vor CRT. IVD und QRSD-IVD-Verhältnis sind möglicherweise einfach anwendbare Parameter zur Vorhersage von CRT R und CRT NR bei P mit AFib.
Das Ausmaß der elektrischen ventrikulären Desynchronisation bei reduzierter linksventrikulärer Funktion ist von Bedeutung für den Erfolg der Resynchronisationstherapie der Herzinsuffizienz mit biventrikulärer Stimulation. Das Ziel der Untersuchung besteht in der nichtinvasiven Messung der elektrischen inter-ventrikulären Desynchronisation mit und ohne ischämische Herzerkrankung bei kardialen Resynchronisationstherapie Respondern. Bei Patienten mit 25,3 ± 7,3 % reduzierter linksventrikulärer Ejektionsfraktion und 166,9 ± 38,5 ms QRS-Dauer wurde das transösophageale linksventrikuläre EKG abgeleitet. Die QRS-Dauer korrelierte mit dem interventrikulären und links-ventrikulären Delay bei Resynchronisationstherapie Respondern mit nicht-ischämischer Herzerkrankung.
Transösophageales interventrikuläres Delay bei Vorhofflimmern und kardialer Resynchronisation
(2013)
Die transösophageale linksventrikuläre Elektrokardiographie ermöglicht die Evaluierung der elektrischen ventrikulären Desynchronisation im Rahmen der kardialen Resynchronisationstherapie der Herzinsuffizienz. Das Ziel der Untersuchung besteht in der präoperativen Abschätzung des transösophagealen interventrikulären Delays bei Vorhofflimmern und kardialer Resynchronisationstherapie. Bei Patienten mit Vorhofflimmern, Herzinsuffizienz New York Heart Association Klasse 3,0 ± 0,2 und QRS-Dauer 159,6 ± 23,9 ms wurde das fokusierte transösophageale linksventrikuläre EKG abgeleitet. Die kardiale Resynchronisationstherapie Responder QRS-Dauer korrelierte mit dem transösophagealen interventrikulären Delay bei Vorhofflimmern.
Hintergrund: Richtung und Stärke des elektrischen Feldes (E-Feld) der biventrikulären (BV) Stimulation und elektrische interventrikuläre Desynchronisation sind bei Patienten mit Herzinsuffizienz und verbreitertem QRS Komplex von Bedeutung für den Erfolg der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT). Das 3D Herzrhythmusmodell (HRM) ermöglicht die
Simulation von CRT und Hochfrequenz (HF) Ablation. Das Ziel der Studie besteht in der Integration von Schrittmacher- und Ablationselektroden in das HRM zur E-Feld Simulation der BV Stimulation und thermischen Feld (T-Feld) Simulation der HF Ablation von Vorhofflimmern (AF).
Methoden: Es wurden fünf multipolare linksventrikuläre (LV) Elektroden, eine epikardiale LV Elektrode, vier bipolare rechtsatriale (RA) Elektroden, zwei rechtsventrikuläre (RV) Elektroden und ein HF Ablationskatheter mit CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) modelliert und das HRM (Schalk et al: Clin Res Cardiol 106, Suppl 1, April 2017, P1812) um den Koronarvenensinus (CS) erweitert (HRM-CS). E-Feld Simulationen bei vorhofsynchroner BV Stimulation und bei RA Stimulation mit RV und LV Ableitung erfolgten mit den Elektroden Select Secure 3830, Capsure VDD-2 5038 und Attain OTW 4194 im HRM+CS (Fig.). F-Feld Simulationen der HF Ablation von AF bei CRT wurden mit integriertem Ablationskatheter AlCath G FullCircle (Biotronik) simuliert.
Ergebnisse: HRM-CS ermöglichte 3D E-Feld Simulationen bei vorhofsynchroner bipolarer BV Stimulation und bei bipolarer RA Stimulation mit bipolarer RV und LV Ableitung. RV und LV Stimulation erfolgten zeitgleich bei einer Amplitude von 3 V an der LV Elektrode und 1 V an der RV Elektrode mit einer Impulsbreite von jeweils 0,5 ms. Die von der BV Stimulationen erzeugten Fernpotentiale konnten von der RA Elektrode wahrgenommen werden. Das Fernpotential an der RA Elektrodenspitze betrug 32,86 mV und in 1 mm Abstand von der RA Elektrodenspitze ergab sich ein Fernpotential von 185,97 mV. HRM-CS ermöglichte 3D T-Feld Simulationen der HF Ablation von AF bei CRT. Das T-Feld bei HF Ablation des AV-Knotens wurde mit einer anliegenden Leistung von 5 W bei 420 kHz an der distalen 8 mm Ablationselektrode simuliert. Die Temperatur an der Katheterspitze betrug nach 5 s Ablationsdauer 88,66 °C, in 1 mm Abstand von der Katheterspitze im Myokard 42,17 °C und in 2 mm Abstand 37,49 °C.
Schlussfolgerungen: HRM-CS und Elektrodenmodelle ermöglichen die 3D Simulationen von E-Feldern bei vorhofsynchroner BV Stimulation, RA Stimulation mit RV und LV Wahrnehmung und von T-Feldern bei HF Ablation. E-Feld Simulationen von RA, RV und LV Stimulation und Sensing können möglicherweise zur Vorhersage von CRT Respondern genutzt werden.
Hintergrund: Das elektrische interventrikuläre Delay (IVD) ist bei Patienten (P) mit Herzinsuffizienz (HF), reduzierter linksventrikulärer (LV) Funktion und verbreitertem QRS Komplex von Bedeutung für den Erfolg der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT). Die transösophageale LV Elektrokardiographie (EKG) ermöglicht die Bestimmung des elektrischen IVD und linksventrikulären Delays (LVD). Das Ziel der Studie besteht in der Untersuchung des transösophagealen elektrischen IVD, LVD und deren Verhältnis zur QRS Dauer bei rechtsventrikulärer (RV) Stimulation vor Aufrüstung auf eine biventrikuläre (BV) Stimulation.
Methoden: Bei 11 HF P (Alter 69,0 ± 7,9 Jahre; 10 Männer und 1 Frau) mit DDD Schrittmacher (n=10), DDD Defibrillator (n=1) und RV Stimulation, New York Heart Association (NYHA) Klasse 3,0 ± 0,2, LV Ejektionsfraktion 24,5 ± 4,9 % und QRS-Dauer 228,2 ± 44,8 ms wurden das elektrische IVD als Intervall zwischen Beginn des QRS-Komplexes im Oberflächen EKG und Beginn des LV Signals im transösophagealen LV EKG und das elektrische LVD als Intervall zwischen Beginn und Ende des LV Signals im transösophagealen LV EKG präoperativ vor Aufrüstung auf CRT Defibrillator (n=8) und CRT Schrittmacher (n=3) bestimmt. Der Anstieg des arteriellen Pulse Pressure (PP) wurde zwischen RV Stimulation und transösophagealer LV Stimulation mit unterschiedlichem AV-Delay (n=5) vor Aufrüstung von RV auf BV Stimulation getestet.
Ergebnisse: Bei RV Stimulation betrugen IVD 86,54 ± 32,80 ms, LVD 94,45 ± 23,80 ms, QRS-IVD-Verhältnis 2,63 ± 0,81 mit negativer Korrelation zwischen IVD und QRS-IVD-Verhältnis (r=-0,668 P=0,0248) (Fig.) und QRS-LVD-Verhältnis 2,33 ± 0,73. Vorhofsynchrone ventrikuläre Stimulation führte zu 63,6 ± 27,7 mmHg PP bei RV Stimulation und 80,6 ± 38,5 mmHg PP bei LV Stimulation und der PP erhöhte sich bei LV Stimulation mit optimalem AV Delay um 17 ± 11,2 mmHg gegenüber RV Stimulation (P<0,001). Nach Aufrüstung von RV Stimulation auf BV Stimulation verbesserten sich die NYHA Klasse von 3,1 ± 0,2 auf 2,2 ± 0,3 während 30,4 ± 29,6 Monaten CRT.
Schlussfolgerungen: Das transösophageale LV EKG ermöglicht die Bestimmung des elektrischen IVD und LVD bei RV Stimulation zur Evaluierung der interventrikulären und linksventrikulären elektrischen Desynchronisation. IVD, LVD und deren Verhältnis zur QRS Dauer können möglicherweise zur Vorhersage einer CRT Response vor Aufrüstung von RV auf BV Stimulation genutzt werden.
Die in dieser Arbeit vorgestellte Vorgehensweise erlaubt die Ortung von Schienenfahrzeugen in topologischen Karten allein mit Hilfe eines Wirbelstromsensorsystems (WSS). Zur Ortung primär erforderlich ist die Identifizierung des befahrenen Gleises selbst, wofür unterschiedliche in einer Karte gespeicherte Merkmale herangezogen werden sowie der zurückgelegte Weg, der durch Zählen der passierten Schwellen ermittelt wird. Diese Merkmale werden mittels eigens definierter, virtueller Sensoren aus dem Signal des WSS gewonnen und mittels einem Bayes’schen Formalismus mit den Referenzdaten aus der vorliegenden topologischen Karte abgeglichen. Diese auf virtuellen Sensoren basierende Vorgehensweise erlaubt eine Parallelisierung der Sensorsignalverarbeitung und eine flexible Einbindung von Sensoren in das Ortungssystem. Die Möglichkeit, Weichen mit einer Trefferquote von 99% zu detektieren, erlaubt die Verfolgung der Fahrzeugposition über die gesamte Fahrstrecke hinweg, unter alleiniger Verwendung der vom WSS gelieferten Messdaten.
Für die genaue Positionsbestimmung in Innenräumen, beispielsweise in Bahnhöfen oder Einkaufszentren, soll in dem beschriebenen Projekt untersucht werden, inwiefern lokale Magnetfelder genutzt werden können, um Genauigkeit und Robustheit zu erhöhen. Hierzu wird untersucht, ob und wie kostengünstige Magnetfeldsensoren und mobile Roboterplattformen genutzt werden können, um Karten zu erstellen, die eine spätere Navigation, beispielsweise mit Smartphones oder mit anderen mobilen Geräten.
Die Positionierung mobiler Systeme mit hoher Genauigkeit ist eine Voraussetzung für intelligentes autonomes Verhalten, sowohl in der Feldrobotik als auch in industriellen Umgebungen. Dieser Beitrag beschreibt den Aufbau einer Roboterplattform und ihre Verwendung für den Test und die Bewertung von Kalman-Filter-Konfigurationen. Der Aufbau wurde mit einem mobilen Roboter Husky A200 und einem LiDAR-Sensor (Light Detection and Ranging) realisiert. Zur Verifizierung des vorgeschlagenen Aufbaus wurden fünf verschiedene Szenarien ausgearbeitet. Mit denen wurden die Filter auf ihre Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Genauigkeit der Positionsbestimmung getestet.
Evaluierung von Kalman Filter Konfigurationen zur Roboterlokaliserung mittels Sensordatenfusion
(2023)
In dieser Arbeit werden drei verschiedene Konfigurationen der von Tom Moore, für das Robot Operating System, entwickelte Kalman-Filter vorgestellt. Diese bilden die Grundlage für eine Lokalisierung mittels Sensorfusion in dem verwendeten ROS-Framework. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau und die Verifikation einer Lokalisierung für ein mobiles Robotersystem Husky A200 der Firma Clearpath Robotics. Hierzu wurden die Möglichkeiten des bestehenden Systems untersucht und mehrere Versionen von Lokalisierungsfiltern konfiguriert. Am an Ende, wird eine Verifikation der Ergebnisse in verschiedenen Szenarien gegeneinandergestellt. Hierzu werden die Ergebnisse einer Variante des Extended Kalman-Filters in 2D (EKF2D), eine Variante des Unscented Kalman-Filter in 2D (UKF2D) und eine Variante des Extended Kalman-Filters in 3D (EKF3D) verifiziert und verglichen. Die Untersuchungen ergaben das der EKF2D die besten und robustesten Ergebnisse für eine Lokalisierung erbringt, trotz, im Vergleich zu der UKF2D Variante, 17,3 % höhere Endpositionsabweichung aufweist. Die in diesem Projekt gewählte EKF3D Konfigurationsvariante eignet sich, wegen seinen starken Ungenauigkeiten in der Höhenbestimmung nicht für eine aussagekräftige Positionsbestimmung.
Mit der Implementierung sowie einer anschließenden aussagekräftigen Evaluierung, soll das, visuelle-inertiale Kartierungs- und Lokalisierungssystem maplab analysiert werden. Hierbei basiert die Kartierung bzw. Lokalisierung auf der Detektion von Umgebungsmerkmalen. Neben der Möglichkeit der Kartenerstellung besteht ferner die Option, mehrere Karten zu fusionieren und somit weitreichende Gebiete zu kartieren sowie für weitere Datenauswertungen zu nutzen. Aufgrund der Durchführung und Bewertung der Ergebnisse in unterschiedlichen Anwendungsszenarien zeigt sich, dass maplab besonders zur Kartierung von Räumen bzw. kleinen Gebäudekomplexen geeignet ist. Die Möglichkeit der Kartenfusionierung bietet weiterhin die Option, den Informationsgehalt von Karten zu erhöhen, welches die Effektivität für eine anschließende Lokalisierung steigert. Bei wachsender Kartierungsgröße hingegen zeigt sich jedoch eine Vergrößerung geometrischer Inkonsistenzen.
The visual-inertial mapping and localization system maplab is analyzed by its implementation and subsequent evaluation. The mapping or localization is based on environmental feature detection. In addition to creating maps, there is also the option of fusion of several maps and thus mapping extensive areas and using them for further analysis of data. In this way, various software tools can be used to optimize the existing data sets.
Two sensor components are needed: an inertial measuring unit (IMU) and a monochrome camera, which are combined by a hardware rig and put into operation for the analysis of the visual-inertial system. System calibration is crucial for precision and system functioning and is based on nonlinear dynamic state estimation. This ensures the best possible estimate of the position of the environmental feature and the map. Maplab is particularly suitable for mapping rooms or small building complexes as the implementation and evaluation of the results in different application scenarios show. Special emphasis is laid on the evaluation of larger scenarios, in which is shown, that the system is struggling to keep up geometric consistencies and thus provide an accurate map.
Bei dem vorgestellten Ansatz soll der Auftreffpunkt des Pfeils durch die Kreuzkorrelation von Audio-Signalen bestimmt werden. Das Auftreffen des Pfeils erzeugt ein charakteristisches Geräusch, welches von mehreren Mikrofonen in bestimmter Anordnung um die Dartscheibe herum in elektrische Signale umgewandelt wird. Mithilfe der Schallgeschwindigkeit und den Zeitdifferenzen, welche die Schallwelle zu den einzelnen Mikrofonen benötigt soll dann der Auftreffpunkt berechnet werden.
Moderne strombetriebene Wärmepumpenanlagen sind im Hinblick auf die Umweltbilanz und die Jahresenergiekosten selbst gegenüber den effizientesten gasbefeuerten und ölbefeuerten Heizanlagen deutlich im Vorteil. Um diesen Vorteil auch in der Praxis zu erreichen, muss der Auswahl und Dimensionierung der Wärmepumpe einschliesslich der Wärmequelle besondere Beachtung geschenkt werden. Hinsichtlich des Temperaturniveaus bietet sich als Wärmequelle besonders das Erdreich an, beispielsweise durch Erdsonden erschlossen. Abhängig von den hydrogeologischen Rahmenbedingungen ist insbesondere auf die längenbezogene Wärmeentzugsleistung der Erdsonden zu achten. Hierfür hat das Ministerium für Umwelt und Verkehr des Landes Baden-Württemberg einheitliche Grundlagen für die Beurteilung und Bearbeitung geschaffen. Ausgehend von einer Wärmepumpenheizanlage, von der bereits Messungen vorliegen, wurde diese Anlage mit dem Simulationsprogramm TRNSYS nachgebildet und die wesentlichen Temperaturverhältnisse in verschiedenen Erdreichtiefen und Erdsondenabständen ermittelt. Mit diesen Erdreichtemperaturen werden mit Hilfe eines vereinfachten Energiebilanzverfahrens die Jahresarbeitszahlen ermittelt. Dabei zeigt sich, dass neben der Hydraulik der Heizanlage der Art der Trinkwassererwärmung besondere Bedeutung zukommt, da dies sich entscheidend auf die Jahresarbeitszahl und damit auch auf die mögliche Reduzierung des CO2-Ausstosses auswirkt.
Bei einem neuen Kühldeckensystem wird die Luft im Deckenhohlraum oberhalb der abgehängten Decke durch Konvektoren gekühlt, wobei die Wärmeübertragung ausschließlich durch freie Konvektion und Strahlung erfolgt. Die abgehängte Decke nimmt durch Strahlung und freie Konvektion Wärme aus dem darunterliegenden Büroraum auf und gibt sie über freie Konvektion an die Luft im Deckenhohlraum sowie durch Strahlung an die Begrenzungsflächen des Deckenhohlraumes ab. Die vom Kühlwasser durchströmten Rippenrohre nehmen ihrerseits Wärme aus der Luft im Hohlraum auf, die infolge der freien Konvektion durch die Rippenrohre strömt. Zur Aufnahme des bei starker Belastung und Dauerbetrieb anfallenden Kondensats ist unterhalb des Konvektors eine Kondensatauffangwanne angebracht. Mit dem von Rutsch erstellten Rechenprogramm ist es möglich, für verschiedenste Randbedingungen die Rippenrohre auf maximale Kühlleistung zu optimieren. Voraussetzung für die direkte Anwendung dieses Berechnungsverfahrens sind jedoch ungestörte An- und Abströmbedingungen der Luft am Konvektor. Neben der Optimierung der Rippenrohre auf Kühlleistung ist für den Aufbau der eigentlichen Decke die Luftströmung im Deckenhohlraum und die Austrittstemperatur aus den Konvektoren von entscheidender Bedeutung. Die maximale Kühlleistung der Rippenrohre kann nur erreicht werden, wenn alle Einzelrippenrohre nahezu gleichmäßig durchströmt werden und günstige Abströmverhältnisse vorhanden sind. Die Strömungsverhältnisse im Deckenhohlraum und innerhalb der Konvektoren wurden durch Rauch sichtbar gemacht und auf Video aufgezeichnet. Entscheidenden Einfluß auf die Temperaturverteilung an der Kühldecke haben die Breite des Konvektors, die Konstruktion der Kondensatauffangwanne, der Abstand der Konvektoren voneinander und der Konvektortyp. Direkt unterhalb der Kondensatauffangwanne beträgt die Temperaturdifferenz ca. 3 K. Der Temperaturgradient im Abströmbereich liegt bei ca. 0,2 bis 0,3 K/m.
In jüngster Zeit werden vermehrt größere thermische Solaranlagen zur Warmwassererzeugung und zur Heizungsunterstützung in größeren Mehrfamilienhäusern und Neubausiedlungen mit Einfamilien- bzw. Doppelhäusern eingesetzt. Während die hydraulische Einbindung der Solarenergie zur Heizungsunterstützung meist problemlos realisiert wird, entstehen bei der Warmwasserbereitung immer wieder Probleme hinsichtlich der Legionellenproblematik. Die Anforderungen im DVGW Arbeitsblatt W551, den gesamten Wasserinhalt der Vorwärmstufen einmal am Tag auf 60 Grad C zu erwärmen und damit zur Verminderung des Legionellenwachstums beizutragen, führen immer wieder dazu, daß durch fehlerhafte Konzepte, insbesondere im Bereich der hydraulischen Schaltungen in Verbindung mit den Regelkonzepten, der solare Deckungsgrad bei der Trinkwassererwärmung sehr gering bleibt. Anhand ausgewählter Ausführungsbeispiele wird die Problematik ausführlich behandelt und Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Abschließend werden funktionsgerechte Anlagentechniken verschiedener Ausführungsvarianten besprochen.
Durch den verstärkten Einsatz von EDV-Geräten an den Arbeitsplätzen in Büroräumen stiegen die flächenbezogenen inneren Kühllasten deutlich an. Für die Arbeitsplätze in Fensternähe müssen EDV-gerechte Lichtverhältnisse vorhanden sein. Es werden Versuchsergebnisse eines neu entwickelten Kühlkonvektors im Fensterbereich im Zusammenhang mit Innenjalousien vorgestellt. Dieser Kühlkonvektor eignet sich auch für den kombinierten Einsatz mit Kühldecken und raumlufttechnischen (RLT)-Anlagen, wie weitere Versuche bestätigen. Der Kühlkonvektor kann auch beim Ersatz von Induktionsgeräten angewandt werden, die z.B. nach dem 4-Leiter-Prinzip angeschlossen sind. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß mit der Kombination von Kühldecke, Kühlkonvektor und RLT-Anlage große flächenbezogene Kühllasten abgeführt werden können, ohne daß dadurch die thermische Behaglichkeit negativ beeinflußt wird. Der Luftstrom läßt sich auf das hygienisch bzw. auf das zur Entfeuchtung notwendige Maß reduzieren, wodurch sich die Betriebskosten senken. Der Anteil der drei Komponenten an der gesamten Kühllast beträgt im Mittel: 15 % RLT-Anlage, 15 % Kühlkonvektor und 70 % Kühldecke.