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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.
In diesem Beitrag werden grundlegende Aspekte und Methoden der Data Science erläutert. Nach dem Vorgehensmodell CRISP-DM sind in den Phasen Data Unterstanding und Data Preparation vor allem Verfahren der Datenselektion, Datenvorverarbeitung und der explorativen Datenanalyse anzuwenden. Beim Modeling, der Hauptaufgabe der Data Science, kann man überwachte und unüberwachte Methoden sowie Reinforcement Learning unterscheiden. Auf die Evaluation der Güte eines Modells anhand von Qualitätsmaßen wird anschließend eingegangen. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf weitere Themen wie Cognitive Computing.
Machine Learning als Schlüsseltechnologie für Digitalisierung: Wie funktioniert maschinelles Lernen?
(2019)
Einleitung
(2019)
Data Science
(2019)
Data Science steht derzeit wie kein anderer Begriff für die Auswertung großer Datenmengen mit analytischen Konzepten des Machine Learning oder der künstlichen Intelligenz. Nach der bewussten Wahrnehmung der Big Data und dabei insbesondere der Verfügbarmachung in Unternehmen sind Technologien und Methoden zur Auswertung dort gefordert, wo klassische Business Intelligence an ihre Grenzen stößt.
Dieses Buch bietet eine umfassende Einführung in Data Science und deren praktische Relevanz für Unternehmen. Dabei wird auch die Integration von Data Science in ein bereits bestehendes Business-Intelligence-Ökosystem thematisiert. In verschiedenen Beiträgen werden sowohl Aufgabenfelder und Methoden als auch Rollen- und Organisationsmodelle erläutert, die im Zusammenspiel mit Konzepten und Architekturen auf Data Science wirken. Neben den Grundlagen werden unter anderem folgende Themen behandelt:
- Data Science und künstliche Intelligenz
- Konzeption und Entwicklung von Data-driven Products
- Deep Learning
- Self-Service im Data-Science-Umfeld
- Data Privacy und Fragen zur digitalen Ethik
- Customer Churn mit Keras/TensorFlow und H2O
- Wirtschaftlichkeitsbetrachtung bei der Auswahl und Entwicklung von Data Science
- Predictive Maintenance
- Scrum in Data-Science-Projekten
Zahlreiche Anwendungsfälle und Praxisbeispiele geben Einblicke in die aktuellen Erfahrungen bei Data-Science-Projekten und erlauben dem Leser einen direkten Transfer in die tägliche Arbeit.
Im Beitrag wird für lineare, zeitinvariante, zeitdiskrete und stabile Regelstrecken beschrieben, wie zwei bekannte Zustandsraumverfahren zur Windup-Vermeidung so miteinander kombiniert werden können, dass dadurch für sämtliche PI-Zustandsregler Strecken- und Regler-Windup verhindert wird, sofern diese Regler im unbegrenzten Fall stabil sind. Zurückgegriffen wird hierbei auf das „Additional Dynamic Element“ (ADE) von Hippe zur Vermeidung von Strecken-Windup [Hippe, P.: Windup in control – Its effects and their prevention, 2006; at – Automatisierungstechnik, 2007], dessen Übertragung auf zeitdiskrete Systeme im Beitrag kurz skizziert wird, sowie auf das Verfahren der Führungsgrößenkorrektur [Nuß, U.: at – Automatisierungstechnik, 2017] zur Vermeidung von Regler-Windup. Das vorgestellte Kombinationsverfahren setzt für die jeweilige Regelstrecke lediglich die Einbeziehung eines bereits existierenden P-Zustandsreglers voraus, der Strecken-Windup vermeidet. Die Bereitstellung eines möglichst einfachen und dennoch nicht allzu einschränkenden Kriteriums zur Überprüfung, ob ein P-Zustandsregler diese Eigenschaft besitzt, ist ebenfalls ein Anliegen des Beitrags. Diesbezüglich wird auf der Basis einer geeigneten Ljapunow-Funktion ein hinreichendes Kriterium angegeben, das umfassender ist als das in [Nuß, U.: at – Automatisierungstechnik, 2017] verwendete. Ein Beispiel aus der elektrischen Antriebstechnik demonstriert die Leistungsfähigkeit der vorgestellten Methode.
Elektrische Antriebe sind ein innovationstreibender Kernbestandteil vieler industrieller Anlagen und Einrichtungen. Damit sie diese herausragende Rolle mit den daran geknüpften Erwartungen erfüllen können, ist neben optimierten Elektromotoren und sie speisenden, schnell schaltenden Stromrichterstellgliedern auch eine hochdynamische Regelung erforderlich. Diesem Umstand wird mit der angebotenen Veranstaltung in Form einer detaillierten Einführung in die Thematik der Regelung elektrischer Antriebe Rechnung getragen.
Hatte Maria einen Jodmangel?
(2019)
Auch wenn sie im Internet-Zeitalter zu einer Normalität werden, bleiben Ferndiagnosen unter Medizinern umstritten. Erst recht vorsichtig sollte man sein, wenn es sich bei dem Patienten um die leibliche Mutter Gottes handelt. Doch wenn man in diesem Gemälde eine authentische Dokumentation sieht, ist der Befund eindeutig: Maria hatte zum Zeitpunkt der Geburt ihres berühmten Sohns auffällig lange und schlanke Finger sowie eine Struma des Grads II bis III.
Hintergrund: Die Pulmonalvenenisolation (PVI) mit Hilfe von Kryoballonkathetern ist eine anerkannte Methode zur Behandlung von Vorhofflimmern (AF). Diese Methode bietet eine kürzere Behandlungsdauer als die klassische Therapie durch die Hochfrequenzablation (HF). Ziel dieser Studie war es, verschiedene Kryoballonkatheter, HF-Katheter und Ösophaguskatheter in ein Herzrhythmusmodell zu integrieren und mittels statischer und dynamischer Simulation elektrische und thermische Felder bei PVI unter Vorhofflimmern zu untersuchen.
Methodik: Die Modellierung und Simulation erfolgte mit der elektromagnetischen und thermischen Simulationssoftware CST (CST Darmstadt). Zwei Kryoballons, ein HF-Ablationskatheter und ein Ösophaguskatheter wurden auf der Grundlage der technischen Handbücher der Hersteller Medtronic und Osypka modelliert. Der 23 mm Kryoballon und ein kreisförmiger Mappingkatheter wurden in das Offenburger Herzrhythmusmodell integriert, insbesondere die left inferior pulmonary vein (LIPV) zur Simulation der thermischen Feldausbreitung während einer PVI. Die Simulation einer PVI mit HF-Energie wurde mit dem integrierten HF-Ablationskatheter in der Nähe der LIPV durchgeführt. Der im Herzrhythmusmodell platzierte TO8 Ösophaguskatheter ermöglichte die Ableitung linksatrialer elektrischer Felder bei AF und die Analyse thermischer Felder während PVI.
Ergebnisse: Elektrische Felder konnten bei Sinusrhythmus und AF mit einem AF-Fokus in der LIVP statisch und dynamisch im Herzen und Ösophagus simuliert werden. Bei einer simulierten 20 Sekunden Applikation eines Kryoballon-Katheters bei -50°C wurde eine Temperatur von -24°C in einer Tiefe von 0,5 mm im Myokard gemessen. In einer Tiefe von 1 mm betrug die Temperatur -3°C, bei 2 mm Tiefe 18°C und bei 3 mm Tiefe 29°C. Unter der 15 sekündigen Anwendung eines HF-Katheters mit einer 8-mm-Elektrode und einer Leistung von 5 W bei 420 kHz betrug die Temperatur an der Spitze der Elektrode 110°C. In einer Tiefe von 0,5 mm im Myokard betrug die Temperatur 75°C, in einer Tiefe von 1 mm 58°C, in einer Tiefe von 2 mm 45°C und in einer Tiefe von 3 mm 38°C. Im Ösophagus konnte bei den meisten Simulationen eine konstante Temperatur von 37°C gemessen und die Gefahr einer Ösophagus-Fistel ausgeschlossen werden. Bei Kryoablation der LIPV wurde eine Abkühlung des Ösophagus auf 30°C gemessen.
Schlussfolgerungen: Die Herzrhythmussimulation elektrischer und thermaler Felder ermöglichen mit Anwendung unterschiedlicher Herzkatheter eine statische und dynamische Simulation von PVI durch Kryoablation, HF-Ablation und Temperaturanalyse im Ösophagus. Unter Einbeziehung von MRT- oder CT-Daten können elektrische und thermale Simulationen möglicherweise zur Optimierung von PVIs genutzt werden.
Die Katheterablation mit Hochfrequenzstrom (HF) ist der Goldstandard für die Therapie vieler kardi-aler Tachyarrhythmien. Bei der HF-Ablation entstehen Temperaturen zwischen 50 °C und 70 °C, wo-durch bestimmte Strukturen im Herzgewebe gezielt zerstört werden können. Ziel der Studie ist, die HF-Ablation und deren Wärmeausbreitung in Bezug auf die zugeführte Leistung mit unterschiedli-chem Elektrodenmaterial und Elektrodengröße bei supraventrikülären Tachykardien zu simulieren.
Die Pulmonalvenenisolation (PVI) mithilfe von Kryoballonkathetern ist eine anerkannte Methode zur Behandlung von Vorhofflimmern (AF). Diese Methode bietet eine kürzere Behandlungsdauer als die klassische Therapie durch die Hochfrequenz- (HF) Ablation. Ziel dieser Studie war es, verschie-dene Kryoballonkatheter, HF-Ablationskatheter und Ösophaguskatheter in ein Herzrhythmusmodell zu integrieren und mit statischer und dynamischer Simulation elektrische und thermische Felder bei PVI unter Vorhofflimmern zu untersuchen.
Im Archiv für Kriminologie wurden bislang drei Arbeiten zur 3-D-CAD-Rekonstruktion der ersten "Eisernen Hand" des berühmten Reichsritters Gottfried ("Götz") von Berlichingen (1480-1562) vorgestellt. Mittlerweile sind einige neue Gesichtspunkte herausgearbeitet worden, die hier kurz als Ergänzung mitgeteilt werden sollen.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Biomechanik der Halswirbelsäule (HWS) beim Umgang mit dem Smartphone. Die Kräfte, die auf Wirbelkörper, Wirbelgelenke, Bandscheiben, Muskeln und Bänder wirken, werden mit steigendem Flexionswinkel der HWS größer. Die Beschwerden hingegen, welche der Smartphone-Nacken hervorruft, sind meist akut und mit regelmäßiger Bewegung und der Stärkung der Nackenmuskulatur gut zu behandeln. Eine Therapie ist somit auch zur Vorbeugung geeignet. Doch die Langzeitauswirkungen sind nicht außer Acht zu lassen, denn durch die steigenden Nutzungsmöglichkeiten der Smartphones steigt auch der durchschnittliche tägliche Gebrauch stärker an. So wird vor allem die tägliche Bildschirmzeit bei Jugendlichen immer länger. Das aktuell noch akute Krankheitsbild des Smartphone-Nackens, das nur selten einen chronischen Verlauf nimmt und Langzeitschäden verursacht, könnte sich durch fehlende oder zu späte Maßnahmen zu einem größeren chronischen Krankheitsbild entwickeln.
Im Beitrag wird gezeigt, wie sich die Ackermann’sche Formel zur Polvorgabe bei zeitkontinuierlichen
Ein- und Mehrgrößenzustandsregelungen in einfacher
Weise auf nicht vollständig steuerbare Regelstrecken
erweitern lässt. Das vorgestellte Verfahren basiert
auf einer teilsystemorientierten Zustandstransformation
in Verbindung mit der Einführung zusätzlicher fiktiver Stellgrößen, über die nichtsteuerbare Streckeneigenwerte
formal beeinflusst werden könnten, aber durch Nullsetzen
dieser Stellgrößen nicht beeinflusst werden. Dem
Reglerentwurf vorausgehende Maßnahmen zur Elimination
von nicht steuerbaren Anteilen aus dem Streckenmodell
sind daher nicht erforderlich. Im Vergleich zum Fall
einer vollständig steuerbaren Regelstrecke erfordert die
Anwendung des vorgestellten Verfahrens kaum Mehraufwand,
was am Beispiel eines Eingrößen- und eines Mehrgrößensystems
illustriert wird.
Die transösophageale Neurostimulation ist eine neue Therapieform und könnte unter anderem zur Schmerzlinderung während einer transösophagealen Linksherzstimulation angewendet werden. Sie ist in die Kategorie der Rückenmarksstimulation (SCS) einzuordnen, die die meist verwendete Technik der Neurostimulation ist. Die derzeit auf dem Markt vorhandenen Ösophaguskatheter werden bei einer elektrophysiologischen Untersuchung mit Ablation und transösophagealer Echokardiographie zur Temperaturüberwachung eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit war, das vorhandene Offenburger Herzrhythmusmodell, um die Wirbelsäule zu erweitern, einen neuen Ösophagus-Elektroden- Katheter für die transösophageale elektrische Stimulation des Rückenmarks zu modellieren und mittels 3D-Computer-Simulationen auf Ihre Wirksamkeit zu untersuchen.
Um medizinische Behandlungsverfahren in der Praxis besser verstehen und anwenden zu können, gewinnt die Visualisierung der Prozesse an immer größerer Bedeutung. Durch Anwendung der Computer-Simulationssoftware CST können elektromagnetische und thermische Simulationen zur Analyse verschiedener Herzrhythmusstörungen durchgeführt werden. Eine weitere Form der Visualisierung erfolgt durch haptische, dreidimensionale Druckmodelle. Diese Modelle können mit einem generativen Herstellungsverfahren, wie z. B. einem 3D-Drucker, in kürzester Zeit hergestellt werden.
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.
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.
In der vorliegenden Arbeit werden fotografische Aufnahmen zweier verschiedener Abgüsse von Paganinis rechter Hand vorgestellt und näher beschrieben. Es handelt sich um einen mutmaßlich originalen Bronzeabguss, der vermutlich kurz nach Paganinis Tod auf dessen Totenbett abgenommen wurde, und eine in heutiger Zeit angefertigte Kopie aus Fiberplastik mit goldfarbenem Anstrich. Die Hand ist im proximalen Handgelenk stark abgewinkelt, was dafür spricht, dass die Hand des Toten auf einem Kissen gelegen haben könnte, um den Abguss vorzunehmen. Überdies zeigt sich eine verkrampfte Stellung der Finger und Hand, am ehesten infolge Totenstarre. Man findet zudem arthrotische Veränderungen sowie hervortretende Sehnen und atrophierte Muskulatur. Beim Bronzeabguss sind die beschriebenen Auffälligkeiten deutlicher zu erkennen. Ein 3D-Scan des Bronzeabgusses der rechten Hand Paganinis mit einem Strukturlichtscanner würde die Möglichkeit eröffnen, Messdaten der Hand zu erhalten.
Neurostimulation durch Musik
(2020)
Was ist die Musik und wie wirkt sie sich auf den menschlichen Körper aus? Historisch betrachtet wird die Musik als etwas Göttliches aufgefasst, da sie eine äußerst große Wirkung auf die Emotionen des Menschen besitzt. Dieser Effekt wirkt sich auch psychosomatisch aus und kann das Denken und Handeln des Zuhörers beeinflussen und steuern. So lässt sich beispielsweise das Kaufverhalten allein durch die musikalische Begleitung deutlich manipulieren. Selbst die Motivation lässt sich mit passender Vertonung entweder steigern oder reduzieren. In der heutigen Zivilisation begleitet die Musik den Menschen alltäglich und wird zu vielen verschiedenen Zwecken verwendet. Somit ist die musikalische Stimulation als eine Art Psychotherapie zu werten, die häufig gezielt angewendet wird, aber im Beeinflussten unterbewusst stattfindet. Da natürlich immer noch offene Fragen bezüglich der genauen Wirkung von Musik auf das Gehirn bestehen, werden derzeit im Bereich der Neurowissenschaften viele Studien durchgeführt, um dieses Phänomen nachvollziehen zu können.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Geräts, insbesondere einer Handprothese oder eines Roboterarms, wobei wenigstens ein an oder im Bezug zu dem Gerät positionierter Marker von einer an einer Bedienperson angeordneten Kamera erkannt wird, wobei ab dem Erkennen des wenigstens einen Markers eine vordefinierte Bewegung der Bedienperson zusammen mit der Kamera erkannt wird und zum Auslösen einer entsprechenden Aktion des Geräts verwendet wird, wobei die vordefinierte Bewegung einer Bedienperson in Form eines Sehstrahls mittels Kamera-Tracking erkannt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung aus einem Gerät, insbesondere einer Handprothese oder eines Roboterarms, und einer AR-Brille zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Eine kontinuierliche Überwachung von Ethernet-Leitungne beugt Maschinenausfällen in der Industrie vor. Aktuell fehlen jedoch geiegnete Methoden, um diese Überwachung flächendeckend durchzuführen. Im Projekt Ko²SiBus wurde deshalb ein kostengünstiges Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung von Ethernet-Leitungen entwickelt.
In der vorliegenden Arbeit wurde die von Wilhelm His Sr. angefertigte und im Jahr 1895 publizierte Fotografie des mutmaßlichen Skeletts von Johann Sebastian Bach auf ihre Abbildungsqualität untersucht. Dies erfolgte durch direkte Messungen an einem digitalen Scan der Fotografie. Dabei wurde der von His der Fotografie beigelegte Lineal-Maßstab in mehrere 10-cm-Stücke unterteilt und die Länge dieser Abschnitte im Digitalisat mit dem Messinstrument von Adobe Acrobat ausgemessen. Darüber hinaus wurden die Längen der Femora ermittelt und mit den Maßen verglichen, die 1895 an den tatsächlichen (realen) Knochen ermittelt wurden. In dem Digitalisat entsprachen 190 cm im Lineal 244,48 mm. Der Mittelwert der 19 bestimmten 10-cm-Abschnitte betrug 100,49 mm (Median 100,49 mm, Standardabweichung 0,49 mm). Die historische Femurlänge links betrug 443,5 mm, rechts 451,0 mm. Die im Digitalisat ermittelte Femurlänge betrug links 443,8 mm, rechts 451,1 mm. Zusätzlich wurden die projizierten Centrum-Collum-Diaphysen-Winkel bestimmt. Die Daten lassen den Schluss zu, dass die Oben/unten-Verzerrung sowie die Rechts/links-Verzerrung nicht nennenswert sind und das von His angefertigte Foto mit einer hohen Genauigkeit der Abbildungsqualität und des Linsenapparats der Kamera angefertigt wurde, die es ermöglicht, bestimmte Skelettanteile aussagekräftig zu beurteilen und auszumessen.
Als Einstieg in den Diskurs über zivile Netzwerktechnologien, mobile Geräte, Onlinedienste und die Frage, wie sich die „Kirche der Zukunft“ (zumindest aus medienwissenschaftlicher Sicht) positionieren kann, dienen drei Zitate. Die Gegenüberstellung der darin vertretenen Positionen soll den Nutzen und die Folgen der zunehmend vollständigen Durchdringung (fast) aller Lebensbereiche mit Digitaltechnik für den Einzelnen wie für die Gesellschaft aufzeigen.
Bei bimodaler Cochlea-Implantat-/Hörgerät-Versorgung kann es aufgrund seitenverschiedener Signalverarbeitung zu einer zeitlich versetzten Stimulation der beiden Modalitäten kommen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass durch zeitlichen Abgleich der Modalitäten die Schalllokalisation bei bimodaler Versorgung verbessert werden kann. Um solch einen Abgleich vornehmen zu können, ist die messtechnische Bestimmung der Durchlaufzeit von Hörgeräten erforderlich. Kommerziell verfügbare Hörgerätemessboxen können diese Werte häufig liefern. Die dazu verwendete Signalverarbeitung wird dabei aber oft nicht vollständig offengelegt. In dieser Arbeit wird ein alternativer und nachvollziehbarer Ansatz zum Design eines simplen Messaufbaus basierend auf einem Arduino DUE Mikrocontroller-Board vorgestellt. Hierzu wurde ein Messtisch im 3D-Druck gefertigt, auf welchem Hörgeräte über einen 2-ccm-Kuppler an ein Messmikrofon angeschlossen werden können. Über einen Latenzvergleich mit dem simultan erfassten Signal eines Referenzmikrofons kann die Durchlaufzeit von Hörgeräten bestimmt werden. Frequenzspezifische Durchlaufzeiten werden mittels einer Kreuzkorrelation zwischen Ziel- und Referenzsignal errechnet. Aufnahme, Ausgabe und Speicherung der Signale erfolgt über einen ATMEL SAM3X8E Mikrocontroller, welcher auf dem Arduino DUE-Board verbaut ist. Über eigens entworfene elektronische Schaltungen werden die Mikrofone und der verwendete Lautsprecher angesteuert. Nach Abschluss einer Messung (Messdauer ca. 5 s) werden die Messdaten seriell an einen PC übertragen, auf dem die Datenauswertung mittels MATLAB erfolgt. Erste Validierungen zeigten eine hohe Stabilität der Messergebnisse mit sehr geringen Standardabweichungen im Bereich weniger Mikrosekunden für Pegel zwischen 50 und 75 dB (A). Der Messaufbau wird in laufenden Studien zur Quantifizierung der Durchlaufzeit von Hörgeräten verwendet.
Das Monitoring von Industrieanlagen stellt in der Wirtschaft sicher, dass hoch-automatisierte Prozesse reibungslos ablaufen können. Meistens steht hier das Monitoring der Anlagen selbst im Mittelpunkt, die Kommunikationsleitungen für den Datenaustausch auf Ethernet-Basis (z.B. Profinet) sind gegenwärtig noch nicht Teil einer kontinuierlichen Überwachung. Zwar werden auch hier die physischen Verbindungen überprüft, jedoch geschieht häufig dies nur zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme, wenn die Anlage noch nicht in das Gesamtsystem integriert ist oder während eines Wartungszyklus, wenn die Maschine für die Dauer der Wartung aus dem Betriebsablauf genommen wird. Dies führt dazu, dass insbesondere heute, wo vor allem Ethernet zunehmend als Basis für die industrielle Kommunikation herangezogen wird, Maschinenausfälle aufgrund fehlender Kabelüberwachung immer wahrscheinlicher werden. Um dem entgegenwirken zu können, wurde im Projekt Ko2SiBus ein neues Messverfahren konzipiert, implementiert und validiert, das kostengünstig in neue oder bestehende Systeme integriert werden kann. Um die Tauglichkeit zu zeigen, wurden die Projektergebnisse in Prototypen und Demonstratoren implementiert, die sowohl als Stand-Alone aber auch als Integrationslösungen dienen können.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Hochvolt-Batterie (12) zum Speichern von elektrischer Energie, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (14) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, mit einem Stromrichter (16), mittels welchem von der Hochvolt-Batterie (12) bereitstellbare Hochvolt-Gleichspannung in Hochvolt-Wechselspannung zum Betreiben der elektrischen Maschine (14) umwandelbar ist, und mit einem Ladeanschluss (20) zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Laden der Hochvolt-Batterie (12), wobei der Stromrichter (16) als ein Drei-Stufen-Stromrichter ausgebildet ist und wenigstens eine einer Phase (u) der elektrischen Maschine (14) zugeordnete Schaltereinheit (46) aufweist, welche zwei in Reihe geschaltete Schaltergruppen (52, 54) umfasst, die jeweils zwei in Reihe geschaltete IGBTs (T11, T12, T13, T14) aufweisen, wobei zwischen den IGBTs (T11, T12) einer der Schaltergruppen (52, 54) ein Anschluss (64) angeordnet ist, welcher direkt mit einer Leitung (34) des Ladeanschlusses (20) elektrisch verbunden ist.
Das vorliegende Buch behandelt lineare zeitdiskrete Regelverfahren und gliedert sich in zwei Teile mit ganz unterschiedlichen thematischen Schwerpunkten. In den ersten sechs Kapiteln steht die Analyse und Synthese von zeitdiskreten Regelungen im Bildbereich im Vordergrund. Im zweiten Teil des Buchs werden im Zeitbereich angesiedelte zeitdiskrete Reglerentwurfsverfahren behandelt. Dort dominieren Zustandsraumverfahren die Erläuterungen.
Die industrielle Kommunikation war früher von relativ eingeschränkten, geschlossenen Feldbussystemen geprägt. Mit der zunehmenden Öffnung von Automatisierungsnetzen durch die horizontale und vertikale Integration in Produktionsanlagen entstehen gefährliche Angriffsflächen, die zum Diebstahl von Produktionsgeheimnissen, der Manipulation oder dem kompletten Lahmlegen der Produktionsprozesse führen können. Hieraus ergeben sich grundlegend neue Anforderung an die Datensicherheit, denen mit innovativen Lösungsansätzen begegnet werden muss.
Ziel des Forschungsvorhabens „SecureField“ war es, die Umsetzbarkeit und Anwendbarkeit des Ansatzes „(D)TLS-over-Anything“ zu untersuchen und nachzuweisen, sowie einen Werkzeugkasten zur Definition und Implementierung entsprechender Sicherheitslösungen vorzubereiten. Als langjährig etablierter Standard im IT-Umfeld stellte sich das (Datagram) Transport Layer Security ((D)TLS) Protokoll in Kombination mit einer industrie- bzw. automatisierungskompatiblen Public-Key-Infrastruktur (PKI) als äußerst vielversprechende Möglichkeit dar, Datensicherheit auch im OT-Umfeld zu erzielen. Hierbei sollten insbesondere KMU adressiert werden, für welche eigene Entwicklungsarbeiten in diesem Umfeld häufig zu aufwändig und technisch sowie wirtschaftlich zu riskant sind.
Mit „SecureField“ konnten Ergebnisse auf mehreren Ebenen erzielt werden. Zunächst konnte im Projektverlauf ein umfassendes und generisches Konzept zur Ende-zu-Ende-Absicherung von Kommunikationspfaden und -protokollen im industriellen Umfeld erarbeitet werden. Dieses Konzept besteht aus einem generischen Kommunikationsmodell sowie aus einem generischen Authentifikationsmodell.
Herzfehler sind weltweit die häufigste Form von angeborenen Organdefekten. In unterschiedlichen Studien wird die Inzidenz zumeist zwischen vier und elf von 1.000 Lebendgeburten angegeben (1–5). Im Rahmen der multizentrischen PAN-Studie (PAN: Prävalenz angeborener Herzfehler bei Neugeborenen), welche die Häufigkeit angeborener Herzfehler bei Neugeborenen in Deutschland zwischen Juli 2006 und Juni 2007 untersuchte, ergab sich eine Gesamtprävalenz von 107,6 pro 10.000 Lebendgeburten. Gegenstand dieser Arbeit sind Untersuchungen an Implantaten zur Behandlung von Atriumseptumdefekten (ASD). Vorhofseptumdefekte machen mit 17,0%, nach den Ventrikelseptumdefekten (VSD) mit 48,9%die zweithäufigste Art von Herzfehlern aus (6, 7).Als Vorhofseptumdefekte werden Öffnungen in der Scheidewand zwischen den Herzvorhöfen bezeichnet. Bei der Therapie eines ASD ist der minimalinvasive Verschluss mittels sogenannter Okkluder heute das Mittel der Wahl. Diese werden über einen femoralen Zugang im Rahmen einer Herzkatheteruntersuchung unter Ultraschallkontrolle und Durchleuchtung an die Implantationsstelle vorgeschoben und dort platziert(8). Die Okkluder bestehen in der Regel aus einem Drahtgeflecht aus Nitinol und haben die typische Form eines sogenannten Doppelschirmchens. Dabei weichen die unterschiedlichen Okkluder der einzelnen Firmen hinsichtlich Form und Beschaffenheit oft erheblich voneinander ab. Derzeit gibt es keine Untersuchungsmethode, die die auf dem Markt befindlichen Okkluder hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften vergleichbar macht. Diese Arbeit solleinen Beitrag erbringen, um grundlegende, die Okkludermodelle charakterisierende Parameter zu schaffen, um so deren interindividuelle Vergleichbarkeit zu ermöglichen. Hierzu werden in-vitro Messungen durchgeführt, welche geeignet sind das Verhalten der untersuchten Modelle unter unterschiedlichen Bedingungen und bei variierenden Defektgrößen zu charakterisieren.
MINT-College TIEFE
(2021)
Das Projekt MINT-College TIEFE konnte in der zweiten Förderperiode die verschiedenen Maßnahmen der vorangegangenen Förderperiode weiter ausbauen und verstetigen. Die Angebote im Rahmen des Projekts MINT-College TIEFE begleiteten die Studierenden über den Student-Life-Cycle hinweg über das komplette Studium der technischen Studiengänge, beginnend in der Schule und endend beim Übergang in den Beruf. Um die Qualität der Lehre an der Hochschule Offenburg zu verbessern, wurden darüber hinaus verschiedene digital unterstützte Lehrformate weiterentwickelt und ausgebaut. Zentrale Angebote des MINT-College, das 2019 zentrale Einrichtung der Hochschule Offenburg wurde, sind die für die Studieneingangsphase entwickelten Angebote der Einführungstage, des Mentorenprogramms, der Brückenkurse, des Lernzentrums und Angebote für den Übergang in den Beruf, wie das Gründerbüro. Die mediendidaktischen Unterstützungsangebote für Lehrende unterstützten den Lernkulturwandel an der Hochschule. Es wurden systematisch nachhaltige Strukturen aufgebaut, um Innovationen für das Lehren und das Lernen auch künftig entwickeln, erproben und etablieren zu können.
Fünf Jahre vor seinem Tod, im Jahr 1932, wurde der berühmte französische Komponist Maurice Ravel (1875–1937), der an einer frontotemporalen Demenz (M. Pick) mit primär progressiver Aphasie litt, bei einem Unfall verletzt, als er in einem Pariser Taxi saß. In diesem Fallbericht wird der Unfallmechanismus unter bestimmten Annahmen dargestellt und diskutiert. Ausgehend von diesen Überlegungen ist ein Unfall bei geringer Kollisionsgeschwindigkeit wahrscheinlich. Trotz eines Unfalls mit nur geringer Geschwindigkeit ist nicht von der Hand zu weisen, dass dieser Unfall zumindest zu einer deutlichen Verschlimmerung der Krankheitssymptome geführt haben könnte, da Ravel seit diesem Taxiunfall bis zu seinem Tod keine weiteren Kompositionen mehr vollendet hat.
In dieser Arbeit wird ein historischer Fallbericht des bis heute weit über seine Landesgrenzen bekannten italienischen Kriminalanthropologen Cesare Lombroso (1835–1909) vorgestellt. In diesem Fallbericht wird der berüchtigte und psychisch auffällige Dieb Pietro Bersone mit Hilfe eines sog. Hydrosphygmographen überführt, einem zur damaligen Zeit neuartigen technischen Gerät, das den Puls nicht-invasiv aufzeichnen konnte. Lombroso ist vermutlich einer der ersten, wenn nicht sogar der erste, der durch den Einsatz eines solchen Geräts die Idee zum „Lügendetektor“ vorweggenommen hat. Die vorgestellte Textstelle aus Lombrosos Buch „Neue Fortschritte in den Verbrecherstudien“ ist daher ein besonderes Fundstück auch für die Geschichte der Polygraphie.
Der verstärkte Einsatz von Wärmepumpen bei der Realisierung einer klimaneutralen Wärmeversorgung führt zu einer signifikanten Zunahme und Änderung der elektrischen Lasten in den Verteilnetzen. Daher gilt es, Wärmepumpen so zu steuern, dass sie Verteilnetze wenig belasten oder sogar unterstützen.
Inhalt des Projekts „PV²WP - PV Vorhersage für die netzdienliche Steuerung von Wärmepumpen“ (Projektlaufzeit 1.07.2018 – 30.06.2021) war die Demonstration eines neuen Ansatzes zur Steuerung von Heizungssystemen, die auf Wärmepumpen und thermischen Speichern basieren und in Kombination mit einer Photovoltaikanlage betrieben werden. Das übergeordnete Ziel war dabei die Verbesserung der Netzintegration und Smart-Grid-Tauglichkeit entsprechender Heizungssysteme durch eine kostengünstige Technologie bei gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit.
Dabei wurden drei zukunftsweisende Technologien in Kombination genutzt und demonstriert: wolkenkamerabasierte Kurzfristprognosen, prädiktive Steuerung und Regelung sowie machinelearning-basierte Systemmodellierung als Basis für die Optimierung. Als Demonstrationsumgebung diente mit dem Projekthaus Ulm ein real bewohntes Einfamilienhaus.Umweltforschung
Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über das Verhältnis zwischen Nutzen und Einschränkungen eines frühneuzeitlichen Riefelharnisches auf die Biomechanik des Menschen. Zu den zentralen Ergebnissen gehört, dass die Rüstung eine gewisse Einschränkung der Beweglichkeit bringt, jedoch durch verschiedene mechanische Konzepte versucht wurde, diese größtmöglich zu minimieren. Besonders das sogenannte Geschübe stellt hierbei einen Kompromiss zwischen Beweglichkeit und Schutzfunktion dar und findet vor allem im Bereich der Gelenke Anwendung. Steife Strukturen werden an Stellen eingesetzt, die kaum Bewegungsfreiheit fordern. Zu diesen Bereichen gehören beispielsweise der Brustkorb oder obere Teile des Rückens. Der Vorteil der steiferen Teile der Rüstung ist ihre erhöhte Schutzfunktion, die ein geringeres Verletzungsrisiko mit sich bringt.
Im Jahre 2010 bot die Hochschule Offenburg ein Medizintechnikstudium mit dem Schwerpunkt ’Kardiologie, Elektrophysiologie und elektronische kardiologische Implantate’ als Bachelor- und später auch Masterstudiengang an. Ziel des auf diesen Schwerpunkt ausgelegten didaktischen Lehrkonzeptes ist die Vermittlung sofort anwendungsbereiten theoretischen Wissens und praktischen Könnens, welches die Absolventinnen und Absolventen in ihrer künftigen Berufsausübung in der Industrie oder als technische Partner der behandelnden Ärztinnen und Ärzte in hochspezialisierten klinischen Einrichtungen benötigen.
Aufgrund fehlender kommerzieller Angebote ist zur Umsetzung dieses Lehrkonzeptes die ingenieurtechnische Realisierung geeigneter Lehrmittel zwingend erforderlich. Dies betrifft die hard- und softwareseitige Erstellung visueller Demonstrationsmöglichkeiten für pathologische und implantatinduzierte Herzrhythmen, sowie die synthetische Bereitstellung originalgetreuer elektrokardiographischer Ableitsignale aus der klinischen Routine. Des Weiteren den Aufbau von in-vitro Trainingssystemen zu Therapien mit elektronischen kardiologischen Implantaten sowie zur Hochfrequenz-Katheterablation.
Insbesondere die Wahlfächer ’Programmierung von Herzschrittmachern’ und ‚Programmierung von Defibrillatoren’, deren Besuch den Teilnehmenden einen besonders raschen Berufseinstieg ermöglichen sollte, wurden in didaktischer Hinsicht in engem Bezug zum 4-Komponenten-Instruktionsdesign-Modell der Lehre gestaltet.
Durch den kontinuierlichen Einsatz der Instrumente der formativen Evaluation gelangen sowohl deutliche Verbesserungen am Gesamtkonzept der Lehrveranstaltungen als auch an den dort eingesetzten, selbst realisierten Lösungen des benannten speziellen Lehr- und Trainingsequipments.
Eine summative Evaluation des Lehrkonzeptes ist aufgrund seines Alleinstellungsmerkmals schwierig. Aus diesem Grund erschien die quantitative Prüfung des Einflusses eines Besuchs des praktisch orientierten Wahlfachs ’Programmierung von Herzschrittmachern’ auf die Note der kombinierten Abschlussklausur in den Fächern ’Elektrokardiographie’ und ’Elektrostimulation’ sinnvoll. In diese Evaluation eingeschlossen wurde eine Kohorte von 221 Studierenden, 76 Frauen und 145 Männer, von denen 93 am Wahlfach nicht teilnahmen und 128 die es besucht hatten.
Über 7 zusammengefasste Studienjahre zeigte sich, dass die praktische Ausbildung im Wahlfach ’Programmierung von Herzschrittmachern’ das Leistungsniveau der Studierenden der Medizintechnik in der kombinierten Abschlussprüfung ’Elektrokardiographie und Elektrostimulation’ deutlich beeinflusste.
Das im Rahmen dieser Arbeit mitgestaltete Lehrkonzept, die realisierten Lehrmaterialien und Lehrumgebungen wurden im Bachelor- und Masterstudiengang der Medizintechnik an der Hochschule Offenburg in den Praktika, Seminaren und Vorlesungen des Schwerpunktes ’Kardiologie, Elektrophysiologie und elektronische kardiologische Implantate’ vielfältig genutzt. Sie ermöglichten die Gestaltung interaktiver praktischer Weiterbildungsveranstaltungen für ärztliches und mittleres medizinisches Personal und für auf diesen Gebieten tätige medizintechnische Firmen.
Data Science
(2021)
Know-how für Data Scientists
• Übersichtliche und anwendungsbezogene Einführung
• Zahlreiche Anwendungsfälle und Praxisbeispiele aus unterschiedlichen Branchen
• Potenziale, aber auch mögliche Fallstricke werden aufgezeigt
Data Science steht derzeit wie kein anderer Begriff für die Auswertung großer Datenmengen mit analytischen Konzepten des Machine Learning oder der künstlichen Intelligenz. Nach der bewussten Wahrnehmung der Big Data und dabei insbesondere der Verfügbarmachung in Unternehmen sind Technologien und Methoden zur Auswertung dort gefordert, wo klassische Businss Intelligence an ihre Grenzen stößt.
Dieses Buch bietet eine umfassende Einführung in Data Science und deren praktische Relevanz für Unternehmen. Dabei wird auch die Integration von Data Science in ein bereits bestehendes Business-Intelligence-Ökosystem thematisiert. In verschiedenen Beiträgen werden sowohl Aufgabenfelder und Methoden als auch Rollen- und Organisationsmodelle erläutert, die im Zusammenspiel mit Konzepten und Architekturen auf Data Science wirken.
Diese 2., überarbeitete Auflage wurde um neue Themen wie Feature Selection und Deep Reinforcement Learning sowie eine neue Fallstudie erweitert.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation eines Netzwerkgeräts für die drahtlose Kommunikation, insbesondere eines Netzwerk-Endgeräts, in einem Drahtlosnetzwerk, wobei das Netzwerkgerät einen integrierten Schaltkreis für die drahtlose Kommunikation (IWC), eine Synchronisationsevent-Detektoreinrichtung (SED) für das Detektieren von Synchronisationsevents, einen steuerbaren Clock-Generator (CCG) für das Erzeugen eines synchronisierten Zeitsignals TCCGund eine Synchronisationssteuereinrichtung (SCD) zur Steuerung des Synchronisationsvorgangs des Netzwerkgeräts umfasst. In dem Netzwerkgerät werden während einer Synchronisationsphase folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Zunächst wird ein Synchronisations-Frame empfangen und ein Synchronisations-Timestamp TAPdetektiert. Anschließend wird ein Timestamp TBmittels einer im IWC enthaltenen IWC-Clock erzeugt, der die Empfangszeit des Synchronisations-Frames definiert. In einem weiteren Schritt wird an einem Port des IWC ein Potenzialwechsel erzeugt, der einen Synchronisationsevent darstellt. Weiterhin wird ein Timestamp TSEmittels der IWC-Clock erzeugt, der den Zeitpunkt des Synchronisationsevents definiert. Die SED detektiert den Synchronisationsevent durch Auswerten der zeitlichen Länge des Potenzialwechsels des Ports des IWC und erzeugt einen Timestamp TSunter Verwendung des synchronisierten Zeitsignals TCCG, wobei der Timestamp TSdenselben Zeitpunkt des Synchronisationsevents definiert wie der Timestamp TSE. Die Timestamps TAP, TB, TSEund TS, die mittels Verarbeitung von ein oder mehreren Synchronisationsevent-Frames gemäß den Schritten (a) bis (d) ermittelt wurden, werden dann zur Synchronisierung des vom CCG erzeugten synchronisierten Zeitsignals TCCGauf das Master-Zeitsignal verwendet.
Das hier vorgestellte System verbindet das neue Konzept der Peer-to-Peer-Navigation mit dem Einsatz von Augmented Reality zur Unterstützung von bettseitig durchgeführten externen Ventrikeldrainagen. Das sehr kompakte und genaue Gesamtsystem beinhaltet einen Patiententracker mit integrierter Kamera, eine Augmented-Reality-Brille mit Kamera und eine Punktionsnadel bzw. einen Pointer mit zwei Trackern, mit dessen Hilfe die Anatomie des Patienten aufgenommen wird. Die exakte Position und Richtung der Punktionsnadel wird unter Zuhilfenahme der aufgenommenen Landmarken berechnet und über die Augmented-Reality-Brille für den Chirurgen sichtbar auf dem Patienten dargestellt. Die Methode zur Kalibrierung der statischen Transformationen zwischen Patiententracker und daran befestigter Kamera beziehungsweise zwischen den Trackern der Punktionsnadel sind für die Genauigkeit sehr wichtig und werden hier vorgestellt. Das Gesamtsystem konnte in vitro erfolgreich getestet werden und bestätigt den Nutzen eines Peer-to-Peer-Navigationssystems.
Zeitliche Anpassung führt zu verbesserter Schalllokalisation bei bimodal versorgten CI-/HG-Trägern
(2021)
Bei bimodal versorgten Cochlea-Implantaten (CI) / Hörgerät (HG)-Trägern entsteht durch die unterschiedliche Signalverarbeitung der Geräte eine konstante interaurale Zeitverzögerung in der Größenordnung von mehreren Millisekunden. Für MED-EL CI-Systeme in Kombination mit verschiedenen HG-Typen haben wir den jeweiligen Device-Delay-Mismatch quantifiziert. In der aktuellen Studie untersuchen wir den Einfluss der Device-Delay-Mismatch bei simulierten und tatsächlichen bimodalen Hörern auf die Genauigkeit der Schalllokalisation.
Um den Device-Delay-Mismatch bei bimodal versorgten Patienten zu verringern, haben wir die CI-Stimulation um die gemessene HG-Signallaufzeit und zwei weitere Werte verzögert. Nach einer Angewöhnungsphase war der effektive Winkelfehler bei Verzögerung um die HG-Signallaufzeit hochsignifikant reduziert im Vergleich zu der Testkondition ohne CI-Verzögerung (mittlere Verbesserung: 11 % ; p < .01, Wilcoxon Signed Rank Test). Aber auch mit den beiden weiteren Verzögerungswerten wurden Verbesserungen erreicht. Anhand der Ergebnisse lässt sich der optimale patientenspezifische Verzögerungswert näher eingrenzen.