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Disturbances of the cardiac conduction system causing reentry mechanisms above the atrioventricular (AV) node are induced by at least one accessory pathway with different conducting properties and refractory periods. This work aims to further develop the already existing and continuously expanding Offenburg heart rhythm model to visualise the most common supraventricular reentry tachycardias to provide a better understanding of the cause of the respective reentry mechanism.
Technologie spielt im Sport schon immer eine große Rolle. Mit steigender Leistungsdichte im Spitzensport wird versucht mithilfe technischer Hilfsmittel dem Sportler die optimalen Umstände zu ermöglichen. Dazu gehört nicht nur Technik im Sportequiptment, sondern auch Sportuntersuchungen wie Leistungsdiagnostiken. Im Laufsport zählen dazu Ausdauer- und Krafttests. Bei Ausdauertests werden physiologische Parameter wie Laktat, Herzfrequenz oder Sauerstoffaufnahme gemessen. Zusätzlich wird die Lauftechnik für einen kurzen Zeitpunkt analysiert. Wie sich diese unter anhaltender Belastung verhält, wird nicht untersucht. Mit neuen Technologien im Bereich Bewegungsanalyse, können immer schneller größere Datensätze ausgewertet werden. Aus diesem Grund wird in dieser Studie die Lauftechnik über mehrere Zeitpunkte aufgezeichnet und nach Ermüdungserscheinungen untersucht.
Dazu wurde am Institut für angewandte Trainingswissenschaften (IAT) während einer komplexen Leistungsdiagnostik im März 2021 bei einem Laufbandstufentest (4x2000m oder 4x3000m) die Lauftechnik von 15 Elite- und Elitenachwuchsläufer:innen (m=8, w=7) mithilfe eines 3D-Bewegungsanalyse Systems nach Veränderungen in Winkelstellung und Bodenreaktionskraft untersucht. Als physiologische Vergleichsparameter wurde Herzfrequenz und Laktat aufgenommen.
Bei der Analyse der Daten wurden diese in der Gruppe betrachtet. Dabei haben sich schwach signifikante Veränderungen (p=0,047) der vertikalen Bodenreaktionskraft links am Ende der Stufe aufgezeigt. Weitere signifikante Unterschiede (p=0,020) sind im maximalen Kniehub links zu einem größerer Hüftwinkel am Ende sichtbar. Da sonst keine signifikanten Unterschiede zu sehen sind, lässt sich, bei dem hier durchgeführten Protokoll, nicht statistisch gesichert feststellen, ob auftretende Ermüdungserscheinungen die Lauftechnik beeinflussen und verändern. Um festzustellen, ob es geschlechts- oder protokollanhängige Effekte hinsichtlich einer ermüdungsbedingte Lauftechnikveränderung gibt, wurde auch dies statistisch untersucht.
Hier zeigten sich jeweils in einzelnen Parametern signifikante Unterschiede (Parameter TO\_knee\_left; p=0,026) in der Geschlechtsspezifik und in der protokollabhängigen Untersuchung (Parameter TSw\_hip\_left; p=0,04)
Für weitere Studien zur Untersuchung von Lauftechnikveränderung sollten umfangreichere physiologische Daten zur genaueren Betrachtung der Ermüdung verwendet werden. Grundsätzlich müsste das Protokoll auf eine maximale Ausbelastung (beispielsweise Dauerstufentest von 10-15km oder Ausbelastungs-/Abbruchtest) ausgelegt sein.
Grundlegend ist festzustellen, dass sich Simi-Shape als 3D-Bewegungsanalyse-Methode eignet, um spezifische Parameter in der Lauftechnik zu diagnostizieren, gerade hinsichtlich der Effizienz im Auswerteprozess.
Threat Modeling is a vital approach to implementing ”Security by Design” because it enables the discovery of vulnerabilities and mitigation of threats during the early stage of the Software Development Life Cycle as opposed to later on when they will be more expensive to fix. This thesis makes a review of the current threat Modeling approaches, methods, and tools. It then creates a meta-model adaptation of a fictitious cloud-based shop application which is tested using STRIDE and PASTA to check for vulnerabilities, weaknesses, and impact risk. The Analysis is done using Microsoft Threat Modeling Tool and IriusRisk. Finally, an evaluation of the results is made to ascertain the effectiveness of the processes involved with highlights of the challenges in threat modeling and recommendations on how security developers can make improvements.
Pure orbital blowout fractures occur within the confines of the internal orbital wall. Restoration of orbital form and volume is paramount to prevent functional and esthetic impairment. The anatomical peculiarity of the orbit has encouraged surgeons to develop implants with customized features to restore its architecture. This has resulted in worldwide clinical demand for patient-specific implants (PSIs) designed to fit precisely in the patient’s unique anatomy. Material extrusion or Fused filament fabrication (FFF) three-dimensional (3D) printing technology has enabled the fabrication of implant-grade polymers such as Polyetheretherketone (PEEK), paving the way for a more sophisticated generation of biomaterials. This study evaluates the FFF 3D printed PEEK orbital mesh customized implants with a metric considering the relevant design, biomechanical, and morphological parameters. The performance of the implants is studied as a function of varying thicknesses and porous design constructs through a finite element (FE) based computational model and a decision matrix based statistical approach. The maximum stress values achieved in our results predict the high durability of the implants, and the maximum deformation values were under one-tenth of a millimeter (mm) domain in all the implant profile configurations. The circular patterned implant (0.9 mm) had the best performance score. The study demonstrates that compounding multi-design computational analysis with 3D printing can be beneficial for the optimal restoration of the orbital floor.
The NaSiO Institute (Institute for Sustainable Silicate Research in Offenburg, https://inasio.hs-offenburg.de/) has been working for years on climate-friendly alternatives to insulation materials and inorganic binders, as well as the reasonable use of construction waste in the building industry. The aim of research is to realize the enormous CO 2 saving potential of the construction sector worldwide. A stopping of climate heating will only succeed if these climate-friendly alternatives are used in the construction industry. This is the only way to realize the enormous CO2 savings that will be needed in future to comply with the Paris Agreement.
Treadmills are essential to the study of human and animal locomotion as well as for applied diagnostics in both sports and medicine. The quantification of relevant biomechanical and physiological variables requires a precise regulation of treadmill belt velocity (TBV). Here, we present a novel method for time-efficient tracking of TBV using standard 3D motion capture technology. Further, we analyzed TBV fluctuations of four different treadmills as seven participants walked and ran at target speeds ranging from 1.0 to 4.5 m/s. Using the novel method, we show that TBV regulation differs between treadmill types, and that certain features of TBV regulation are affected by the subjects’ body mass and their locomotion speed. With higher body mass, the TBV reductions in the braking phase of stance became higher, even though this relationship differed between locomotion speeds and treadmill type (significant body mass × speed × treadmill type interaction). Average belt speeds varied between about 98 and 103% of the target speed. For three of the four treadmills, TBV reduction during the stance phase of running was more intense (> 5% target speed) and occurred earlier (before 50% of stance phase) unlike the typical overground center of mass velocity patterns reported in the literature. Overall, the results of this study emphasize the importance of monitoring TBV during locomotor research and applied diagnostics. We provide a novel method that is freely accessible on Matlab’s file exchange server (“getBeltVelocity.m”) allowing TBV tracking to become standard practice in locomotion research.
In recent years, physically unclonable functions (PUFs) have gained significant attraction in IoT security applications, such as cryptographic key generation and entity authentication. PUFs extract the uncontrollable production characteristics of different devices to generate unique fingerprints for security applications. When generating PUF-based secret keys, the reliability and entropy of the keys are vital factors. This study proposes a novel method for generating PUF-based keys from a set of measurements. Firstly, it formulates the group-based key generation problem as an optimization problem and solves it using integer linear programming (ILP), which guarantees finding the optimum solution. Then, a novel scheme for the extraction of keys from groups is proposed, which we call positioning syndrome coding (PSC). The use of ILP as well as the introduction of PSC facilitates the generation of high-entropy keys with low error correction costs. These new methods have been tested by applying them on the output of a capacitor network PUF. The results confirm the application of ILP and PSC in generating high-quality keys.
Governments have restricted public life during the COVID-19 pandemic, inter alia closing sports facilities and gyms. As regular exercise is essential for health, this study examined the effect of pandemic-related confinements on physical activity (PA) levels. A multinational survey was performed in 14 countries. Times spent in moderate-to-vigorous physical activity (MVPA) as well as in vigorous physical activity only (VPA) were assessed using the Nordic Physical Activity Questionnaire (short form). Data were obtained for leisure and occupational PA pre- and during restrictions. Compliance with PA guidelines was calculated based on the recommendations of the World Health Organization (WHO). In total, n = 13,503 respondents (39 ± 15 years, 59% females) were surveyed. Compared to pre-restrictions, overall self-reported PA declined by 41% (MVPA) and 42.2% (VPA). Reductions were higher for occupational vs. leisure time, young and old vs. middle-aged persons, previously more active vs. less active individuals, but similar between men and women. Compared to pre-pandemic, compliance with WHO guidelines decreased from 80.9% (95% CI: 80.3–81.7) to 62.5% (95% CI: 61.6–63.3). Results suggest PA levels have substantially decreased globally during the COVID-19 pandemic. Key stakeholders should consider strategies to mitigate loss in PA in order to preserve health during the pandemic.
A Review on Kinetic Energy Harvesting with Focus on 3D Printed Electromagnetic Vibration Harvesters
(2021)
The increasing amount of Internet of Things (IoT) devices and wearables require a reliable energy source. Energy harvesting can power these devices without changing batteries. Three-dimensional printing allows us to manufacture tailored harvesting devices in an easy and fast way. This paper presents the development of hybrid and non-hybrid 3D printed electromagnetic vibration energy harvesters. Various harvesting approaches, their utilised geometry, functional principle, power output and the applied printing processes are shown. The gathered harvesters are analysed, challenges examined and research gaps in the field identified. The advantages and challenges of 3D printing harvesters are discussed. Reported applications and strategies to improve the performance of printed harvesting devices are presented.
We present a densitometric quantification method for triclosan in toothpaste, separated by high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) and using a 48-bit flatbed scanner as the detection system. The sample was band-wise applied to HPTLC plates (10 × 20 cm), with fluorescent dye, Merck, Germany (1.05554). The plates were developed in a vertical developing chamber with 20 min of chamber saturation over 70 mm, using n-heptane–methyl tert-butyl ether–acetic acid (92:8:0.1, V/V) as solvent. The RF value of triclosan is hRF = 22.4, and quantification is based on direct measurements using an inexpensive 48-bit flatbed scanner for color measurements (in red, green, and blue) after plate staining with 2,6-dichloroquinone-4-chloroimide (Gibbs' reagent). Evaluation of the red channel makes the measurements of triclosan very specific. For linearization, an extended Kubelka–Munk expression was used for data transformation. The range of linearity covers more than two orders of magnitude and is between 91 and 1000 ng. The separation method is inexpensive, fast and reliable.
Most recently, the federal government in Germany published new climate goals in order reach climate neutrality by 2045. This paper demonstrates a path to a cost optimal energy supply system for the German power grid until the year 2050. With special regard to regionality, the system is based on yearly myopic optimization with the required energy system transformation measures and the associated system costs. The results point out, that energy storage systems (ESS) are fundamental for renewables integration in order to have a feasible energy transition. Moreover, the investment in storage technologies increased the usage of the solar and wind technologies. Solar energy investments were highly accompanied with the installation of short-term battery storage. Longer-term storage technologies, such as H2, were accompanied with high installations of wind technologies. The results pointed out that hydrogen investments are expected to overrule short-term batteries if their cost continues to decrease sharply. Moreover, with a strong presence of ESS in the energy system, biomass energy is expected to be completely ruled out from the energy mix. With the current emission reduction strategy and without a strong presence of large scale ESS into the system, it is unlikely that the Paris agreement 2° C target by 2050 will be achieved, let alone the 1.5° C.
Active participation of industrial enterprises in electricity markets - a generic modeling approach
(2021)
Industrial enterprises represent a significant portion of electricity consumers with the potential of providing demand-side energy flexibility from their production processes and on-site energy assets. Methods are needed for the active and profitable participation of such enterprises in the electricity markets especially with variable prices, where the energy flexibility available in their manufacturing, utility and energy systems can be assessed and quantified. This paper presents a generic model library equipped with optimal control for energy flexibility purposes. The components in the model library represent the different technical units of an industrial enterprise on material, media, and energy flow levels with their process constraints. The paper also presents a case study simulation of a steel-powder manufacturing plant using the model library. Its energy flexibility was assessed when the plant procured its electrical energy at fixed and variable electricity prices. In the simulated case study, flexibility use at dynamic prices resulted in a 6% cost reduction compared to a fixed-price scenario, with battery storage and the manufacturing system making the largest contributions to flexibility.
In dieser Abschlussarbeit wurde die bisherige Spielstrategie des RoboCup3D-Clients an die durch den FatProxy möglich gewordenen perfekten Kicks angepasst. Dazu wurde die aktive Entscheidungslogik am Ball komplett überarbeitet und eine neue Positionierungsstrategie anhand der bisher verwendeten Architektur entwickelt.
Die neue aktive Entscheidungslogik verwendet dabei eine neue, von den Mitspielerpositionen abhängige, Positionsberechnung und mehrere neue Bewertungsmethoden, die diese Positionen bewerten. Zusätzlich gibt es nun auch eine Funktionalität, die den neu benötigten vertikalen Schusswinkel für jede Position bestimmt. Für die neue Positionierung wurde eine Rautenformation gewählt, bei der die verschiedenen Rollen jetzt eigene Spielfeldbereiche zugewiesen bekommen, die sich teilweise überlappen. Diese Bereiche sind nötig geworden, da die Rollen sich jetzt weniger am Ball und mehr direkt am Spielfeld orientieren.
Bei der zum Schluss durchgeführten Evaluation der Spielergebnisse zwischen neuen und alten Strategiekonfigurationen hat sich ergeben, dass die komplett neue Strategiezusammenstellung mit durchschnittlich zwei Toren Vorsprung gegen die alte Strategie gewinnt und damit besser mit den neuen Möglichkeiten interagiert. Mischt man neue und alte Strategiekomponenten hat das jedoch den gegenteiligen Effekt, da die Mischvarianten gegen die alte Strategie verlieren. Die neuen Komponenten benötigen also das gegenseitige Zusammenspiel, um effizient zu funktionieren.
A coordinated operation of decentralised micro-scale hybrid energy systems within a locally managed network such as a district or neighbourhood will play a significant role in the sector-coupled energy grid of the future. A quantitative analysis of the effects of the primary energy factors, energy conversion efficiencies, load profiles, and control strategies on their energy-economic balance can aid in identifying important trends concerning their deployment within such a network. In this contribution, an analysis of the operational data from five energy laboratories in the trinational Upper-Rhine region is evaluated and a comparison to a conventional reference system is presented. Ten exemplary data-sets representing typical operation conditions for the laboratories in different seasons and the latest information on their national energy strategies are used to evaluate the primary energy consumption, CO2 emissions, and demand-related costs. Various conclusions on the ecologic and economic feasibility of hybrid building energy systems are drawn to provide a toe-hold to the engineering community in their planning and development.
Der wachsende Trend zur Individualisierung von Produkten wird von immer mehr Unternehmen aufgegriffen und umgesetzt. Mithilfe von Produktkonfiguratoren bieten sie ihren Kund*innen die Möglichkeit, ihr eigenes Produkt nach Wunsch zu kreieren. Die Konfiguratoren stehen mit dieser Interaktion vor der Herausforderung die Nutzer*innen als Nicht-Experten erfolgreich durch den Prozess zu leiten. Ein zentraler Bestandteil der erfolgreichen Umsetzung ist die Benutzerfreundlichkeit und dessen anwendungsorientierte Gestaltung.
Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse und Optimierung der Usability des Möbelkonfigurators der mycs GmbH. Das Ziel der Arbeit ist die Aufdeckung von Schwachstellen und die Entwicklung passender Handlungsempfehlungen für die Optimierung der Benutzerfreundlichkeit.
Zu diesem Zweck wird der IST-Zustand des Konfigurators ermittelt und darauf aufbauend ein Usability-Test erstellt und durchgeführt. Die verwendeten Methoden des Tests sind Remote-Usability-Interviews, eine qualitative Nachbefragung und die Think-Aloud-Methode. Die im Anschluss ermittelten Handlungsempfehlungen stellen Lösungen zu den analysierten Schwachstellen des Usability-Tests dar.
Die Ergebnisse der Analyse zeigen Schwachstellen in der Orientierung und Unterstützung von Nutzer*innen. Sie bestätigen zudem die Wichtigkeiten dieser beiden Kriterien für die Auseinandersetzung mit einem Möbelkonfigurator. Die entwickelten Handlungsempfehlungen zeigen einige Verbesserungen der Bereiche mit geringem Umsetzungsaufwand auf.
An der Offenburger Hochschule wurde eine neue Art der Ansteuerungsmethode für Handprothesen und -orthesen entwickelt, die auf der Verwendung einer Augmented Reality Brille basiert. Dieses neue Prothesensystem soll in einer ersten Studie an Probanden auf seine Alltagstauglichkeit getestet werden. Ziel dieser Arbeit ist es, die regulatorischen Anforderungen an eine solche Studie zusammenzustellen, mit Schwerpunkt auf einem Antrag bei einer Ethikkommission. Außerdem sind mittels Literaturrecherche Tests zu identifizieren und zu analysieren, die für die Beurteilung von Handprothesen verwendet werden. Hierfür wird erörtert was Alltagstauglichkeit bedeutet und welche Eigenschaften und Ziele identifizierte Tests haben.
Analyse domänenseitiger Optimierungen für Deep Reinforcement Learning in der RoboCup Umgebung
(2021)
Mit dem Team "magmaOffenburg" nimmt die Hochschule Offenburg seit 2009 am internationalen Wettbewerb "RoboCup" in der 3D-Simulationsliga für Fußball teil. Dabei kommt es vor allem auf den Einsatz guter Lauf- und Kickverhalten an. Seit 2019 ist es dem Team magmaOffenburg möglich auch Deep Reinforcement Learning für die Weiterentwicklung der Verhalten einzusetzen. Während auf diese Weise schon verwendbare Ergebnisse für das Kicken produziert wurden, so fehlt noch ein Fortschritt beim Laufen lernen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den nötigen Optimierungen auf der Domänenseite, um das gelernte Laufen zu verbessern. Das beinhaltet die Optimierung des Observation- und Actionspaces, sowie auch eine Optimierung der Rewardfunktion. Dabei wurde versucht, die einzelnen Einflüsse verschiedener Parameter und Techniken innerhalb dieser drei Bereiche zu evaluieren. So konnte zum Schluss eine Verbesserung in der Laufgeschwindigkeit von etwas unter einem Meter pro Sekunde auf bis zu 1,8 Metern pro Sekunde erreicht werden. Ausschlaggebend für dieses Ergebnis waren vor allem der Verbesserungen in der Rewardfunktion.
Längst hat Cloud Computing Einzug in allen Bereichen der Wirtschaft und Industrie gehalten. Dennoch sehen sich Entscheidungsträger angesichts der Heterogenität des Cloudmarkts häufig ratlos mit der Entscheidung konfrontiert, welches Produkt von welchem Anbieter am besten den jeweiligen Bedürfnissen entspricht.
Zwar gibt es mittlerweile eine Vielzahl von Methoden zur Ermittlung der geeignetsten Lösung, dennoch hat sich in Fachkreisen noch kein anerkannter Standard daraus hervorgetan.
In der vorliegenden Thesis werden daher bestehende Strategieansätze analysiert, um sowohl Stärken als auch Schwächen dieser aufzuzeigen. Im Anschluss daran wird eine Möglichkeit vorgestellt, mit der zuvor aufgezeigte Schwächen der bestehenden Ansätze ausgeglichen werden können.
Die Arbeit stützt sich dabei vollständig auf die Recherche einschlägiger Fachliteratur, welche im Rahmen dieser Thesis vorgenommen wurde.
Aus der Forschung ging die Erkenntnis hervor, dass die Mehrheit der Publikationen und der darin enthaltenen Lösungen jeweils nur einen Teilbereich des Selektionsprozesses abdecken, während andere Bereiche vernachlässigt oder gar vollständig ausgelassen werden. Das eben beschriebene Phänomen betrifft vor allem die Auswahl und Aufschlüsselung der Bewertungskriterien.
Gerade auf Letzteres ging keine der untersuchten Publikationen näher ein, so blieben Fragen zur Zusammensetzung und Abgrenzung von Bewertungskriterien bei allen Methoden weitgehend unbeantwortet.
Diese Erkenntnis bildet die Grundlage für das in der Thesis erarbeitete multikriterielle Mapping Verfahren, welches eben jene Schwäche in bestehenden Ansätzen auszugleichen versucht.
Das multikriterielle Mapping bildet darüber hinaus eine Kernkomponente der Evaluationsmethodik, welche im Rahmen der Thesis ebenfalls entwickelt und als Python Anwendung implementiert wurde.
Sowohl die entwickelte ganzheitliche Methode als auch die daraus resultierende Python Anwendung verfolgen den Zweck von Beginn des Selektionsprozesses bis zu deren Abschluss ein lückenloses Vorgehen zu etablieren, welches für jedes Anwendungsszenario geeignet ist.
In dieser Arbeit wird das Verformungsverhalten und die Stabilität des Frontflügels des Formula Student Rennwagens der HS Offenburg untersucht. Die Analyse wird mittels der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt (Programm: ANSYS Workbench). In der Simulation wird das Modell mit verschiedenen statischen Kräften belastet, unter anderem die Kräfte aus dem technischen Reglement und die auftretende Abtriebskraft. Neben der Verformung werden auch verschiedene Stabilisierungsmöglichkeiten analysiert. Zusätzlich zu den Simulationsergebnissen selbst werden in dieser Arbeit der Simulationsvorbereitungsprozess sowie die Konstruktion des Frontflügels und Grundlagen der FEM beschrieben. Eine Besonderheit bildet dabei die Verwendung des ANSYS Composite PrePost um die verwendeten Verbundwerkstoffe zu untersuchen.
Das Black Forest Formula Team hat es sich nach der Neugründung im Jahre 2019 zum Ziel gemacht, mit einem eigens konstruierten Elektro-Rennwagen beim Formula Student Germany (folgend FSG genannt) Wettbewerb teilzunehmen.
Zu Beginn der Bachelorarbeit wurde bereits ein Fahrzeugrahmen konstruiert und in der Schweißwerkstatt der Hochschule Offenburg fertig geschweißt. Da bei der Konstruktion der Hauptfokus auf das Fertigstellen eines Rahmens gesetzt wurde, verfolgt diese Bachelorarbeit das Ziel, den Rahmen mittels der Finite Elemente Methode zu analysieren und erste Verbesserungsvorschläge für das Nachfolgerfahrzeug zu erarbeiten. Um sich seinen Möglichkeiten bewusst zu werden, wurde zunächst das Reglement ausgiebig studiert. Nach ausgiebiger Recherche wurde das CAD-Modell des Rahmens für die Simulation vorbereitet, folglich durch verschiedene Lasteinwirkungen simuliert und dessen Auswirkungen analysiert. Um die Simulationsergebnisse zu validieren, wurden die in der Simulation vorkommenden Lasteinwirkungen in der Realität nachgestellt und miteinander verglichen.
Für zukünftig folgende Fahrzeugrahmen werden Verbesserungs- bzw. Optimierungsmethoden erarbeitet, um vor allem das Fahrzeuggewicht zu zu reduzieren und die Steifigkeit möglichst hoch zu halten.
Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wurde die Steuereinheit für das elektrisch angetriebene Hocheffizienzfahrzeug Schluckspecht 6 entworfen. Im Detail wurde die bestehende Steuereinheit analysiert. Durch sorgfältiges Betrachten der Leistungselektronik und deren Elemente, der Signalaufbereitungsplatine, der Stromsensorplatine und der DC/DC-Wandlerplatine, wurden die bestehenden Fehler in deren Schaltplänen behoben. Im Zuge dieser Fehlerbehebung, wurde die Übersichtlichkeit der Schaltpläne verbessert. Des Weiteren wurden die Leistungselektronik und deren Elemente zu der neuen Control Unit fusioniert. Um eine möglichst nachhaltige Hardware zu erhalten, wurde die alte Platine optimiert. Dazu sind die Ein-/ und Ausgänge und der CAN-Bus von dem Entwicklerboard an den Leiterplattenrand geführt worden. Damit die CAN-Signale vom Entwicklerboard verarbeitet werden können, wurde zusätzlich eine Schaltung für die Signal-konvertierung entwickelt. Die zusammengeführte Leiterplatte wurde für eine bessere Zugänglichkeit während des Shell-Eco-Marathon, einseitig bestückt. Um die Fehlerbehebung zu erleichtern, sind Messpunkte, zusammen mit einer Messtabelle, auf deren Schaltpläne integriert worden. Zusätzlich wurde ein Jumper für die Energieversorgung des Entwicklerboards hinzugefügt, damit dieses intern oder extern versorgt werden kann. Für die Control Unit wurden Schnittstellen zur besseren Erweiterung ausgesucht. Nach Abschluss des Optimierungsprozesses und der Komponentenauswahl, wurden die Schaltpläne und ein Board der Control Unit entworfen. Für diesen Entwurf wurde eine Leiterplatte bestellt, welche im SMD-Labor bestückt und verlötet wurde. Anschließend wurde an dieser ein Funktionstest und eine Inbetriebnahme im Schluckspecht 6 durchgeführt. Ein weiterer Teil der Arbeit war die Planung des Gehäuses für die neu entworfene Control Unit, die Auswahl der Anschlussstecksysteme und die Fixierung der Leiterplatte in der Energiebox, sowie die Verdrahtung zwischen der Control Unit und den Stecksystemen.
Global energy demand is still on an increase during the last decade, with a lot of impact on the climate change due to the intensive use of conventional fossil-based fuels power plants to cover this demand. Most recently, leaders of the globe met in 2015 to come out with the Paris Agreement, stating that the countries will start to take a more responsible and effective behaviour toward the global warming and climate change issues. Many studies have discussed how the future energy system will look like with respecting the countries’ targets and limits of greenhouse gases and their CO2 emissions. However, these studies rarely discussed the industry sector in detail even though it is one of the major role players in the energy sector. Moreover, many studies have simulated and modelled the energy system with huge jumps of intervals in terms of years and environmental goals. In the first part of this study, a model will be developed for the German electrical grid with high spatial and temporal resolutions and different scenarios of it will be analysed meticulously on shorter periods (annual optimization), with different flexibilities and used technologies and degrees of innovations within each scenario. Moreover, the challenge in this research is to adequately map the diverse and different characteristics of the medium-sized industrial sector. In order to be able to take a first step in assessing the relevance of the industrial sector in Germany for climate protection goals, the industrial sector will be mapped in PyPSA-Eur (an open-source model data set of the European energy system at the level of the transmission network) by detailing the demand for different types of industry and assigning flexibilities to the industrial types. Synthetically generated load profiles of various industrial types are available. Flexibilities in the industrial sector are described by the project partner Fraunhofer IPA in the GaIN project and can be used. Using a scenario analysis, the development of the industrial sector and the use of flexibilities are then to be assessed quantitatively.
The Lattice Boltzmann Method is a useful tool to calculate fluid flow and acoustic effects at the same time. Although the acoustic perturbation is much smaller than normal pressure differences in fluid flow, this direct calculation is a great advantage of the Lattice Boltzmann Method (LBM). But each border used in calculation produces a multitude of reflections with the acoustic waves, which lead to an unusable result. Therefore, it is worked on different absorbing techniques.
In this thesis three absorbing layer techniques are described, explained and reviewed with different simulations. The absorbing layers are implemented in a basic LBM code in C++, and with this umpteen simulations within a box were performed to compare the different absorbing layers. The Doppler effect and a cylinder flow are also examined to compare the damping efficiencies.
The three studied absorbing techniques are the sponge layer, the perfectly matched layer and a force based Term II absorbing layer. The sponge layer is easy to implement but gives worse results than a calculation without any absorbing layer. The perfectly matched layer and a force based absorbing term provide very good results but the perfectly matched layer has problems with instability. The force based absorbing layer represents the best compromise between the additional computation time due the absorbing layer and the achieved damping efficiency.
Art of Merenya
(2021)
Der aktuell verbaute Hatz-Dieselmotors des Schluckspecht V soll durch einen leichten und effizienten Ottomotor ersetzt werden. Dieser Ottomotor wird zukünftig mit dem Alkohol Ethanol betrieben. Hierfür müssen, auch hinsichtlich des Wettbewerb-Einsatzes beim Shell Eco-marathon, einige Optimierungen durchgeführt werden.
Die hier vorliegende Master-Thesis behandelt den Aufbau und die Optimierung des Ver-suchsprüfstands, welcher für Testzwecke für den neuen Ottomotor entwickelt wurde. Im speziellen wird auf das Thema Kraftstoffsystem, welches für den Betrieb mit Ethanol aus-gelegt wird, eingegangen. Des Weiteren erfolgt die Konstruktion einer optimierten Ansaugstrecke, welche auf den Verbrennungsmotor appliziert werden soll. Hierfür werden mehrere Varianten strömungstechnisch untersucht und am Objekt getestet. Zudem soll die Verdichtung des Verbrennungsmotors durch einen optimierten Kolben erhöht und die Ventilsteuerzeiten durch eine optimierte Nockenkontur perfektioniert werden. Hierbei besteht die Aufgabe darin diese Bauteile zu besorgen und die Fertigung zu koordinieren. Eine weitere Tätigkeit ist die Aufnahme und Beseitigung von Fehlern des Versuchsprüfstands, welche einen reibungslosen Versuchsalltag verhindern bzw. erschweren. Die letzte Tätigkeit umfasst das Durchführen von experimentellen Untersuchungen des Verbrennungsmotors und das Anlegen von Kennfeldern, welche einen effizienten Motorlauf gewährleisten.
Die Grundlage meiner Masterarbeit ist die Musikvideoproduktion „Honey“ in Zusammenarbeit mit der Band Sebamana. Der vorliegende theoretische Teil der Arbeit ergänzt die Musikvideoproduktion auf wissenschaftlicher Ebene. Er soll die einzelnen Schritte einer Filmproduktion aufzeigen, vom Drehbuch bis zur Verwertung, und auf die Arbeits- und Rollenverteilung im Team eingehen.
Die verschiedenen Rollen innerhalb eines Projektes werden mit ihren jeweiligen Aufgabenbereichen vorgestellt. Dabei machen sich auch Unterschiede zwischen kleinen und großen Produktionen bemerkbar und ihre Vor- und Nachteile werden deutlich. Kommunikation und Transparenz zwischen den Departments ist die Voraussetzung für eine gute Zusammenarbeit im Team.
Bifaziale Photovoltaikmodule werden durch ihre höhere Leistung, bezogen auf den Flächenbedarf immer attraktiver. Die meisten der bislang hergestellten Photovoltaik Module sind Monofazial ausgeführtund schöpfen damit nicht ihr vollständiges Potential aus. Weiterhin bestehen die konventionell hergestelltenPhotovoltaik(PV) Module aus einem Verbund aus Glas und Kunststoff sowie verschiedenen Metallen, was die Entsorgung oder ein Recycling kostenaufwendig und kompliziert gestaltet. Die Firma Apollon greift diese Punkte auf und versucht, beides in dem NICE-Modul(Siehe Anhang 12.1)zu vereinen,nämlich ein bifaziales Modul, bei dem die PV-Zellen zwischen zwei Glasplatten, anstelle von zwei Kunststoffen eingespannt werden. Die Hochschule Offenburg ist F&E-Partner der Firma Apollon und betreibt ein kleines Labor zur Herstellung von NICE-Modulen. Zu Testzwecken werden diese der Witterung ausgesetzt und so der Energieertrag,sowie deren Lebensdauer unter geltenden Witterungsbedingungen ermittelt. In der Masterarbeit von Benjamin Smith[1]stellte sich heraus, dass sich bei den Modulen nach weniger als zwei Wochen im Freien die Klebefläche zwischen den Glasplatten löste. Somit fielen die Module beim Witterungstest unter realen Bedingungen durch.Im Anschluss an die Arbeit von Benjamin Smith besteht diese Arbeit darin,einen Außenteststand zu konzipieren und aufzubauen, um das in Zwischenzeit neu entworfene Klebe-konzept, welches einem TC 50 Test standhielt, auf die Lebensdauer im Freien und das PV Modul selbst auf den elektrischen Ertrag zu untersuchen. Für den elektrischen Ertrag werden Strom-und Spannungsverlauf aufgezeichnet. Außerdem musste für eine Charakterisierung der Module die Bestrahlungsstärke,der Temperaturverlauf, sowie die Inho-mogenität der Bestrahlungsstärke auf der Rückseite und die Windgeschwindigkeit ermittelt werden. Um eine Alterung des Modulwechselrichters auszuschließen, werden speziell dafür die Wechselspannung und Leistung auf der Ausgangsseite des Modulwechselrichters aufgezeichnet. Sämtliche modulrelevanten Messwerte werden im 3-5 s Intervall abgespeichert und sind auf einem Webserver sowie für eine spätere Datenanalyse als .csv Datei abrufbar. Somit eignet sich die Messeinrichtung lediglich für eine Bilanzierung,nicht aber für eine Leistungsmessung.
Für den Außenteststand musste eine Unterkonstruktion, geeignet für bifaziale Module entworfen und aufgebaut werden. Die Konstruktion ist vollständig aufgebaut. Das Messsystem wurde auf deren Funktion erfolgreich geprüft und steht bis auf die Strahlungsinhomogenitätsmessung im Technikum am Campus Nord der Hochschule Offenburg bereit zur Inbetriebnahme.
Ziel des Pilotprojektes EnMa-HAW ist die Erarbeitung und Erprobung technisch und organisatorisch übertragbarer Konzepte für ein automationsgestütztes Energiemanagement an allen Hochschulen für angewandte Wissenschaften im Land Baden-Württemberg. Das Energiemanagement wird technisch mittels Messtechnik, Datenerfassung, Datenspeicherung und Visualisierung umgesetzt und organisatorisch mit einem Energiezirkel in den Hochschulen verankert.
Marken müssen sich der Herausforderung stellen, in einem immer stärker werdenden Wettbewerb mit wachsender Informationsflut den Kunden mit Werbebotschaften erreichen zu können. Hinzukommt die zunehmende Relevanz der Integration von Social Media in die Unternehmenskommunikation. Da jedoch gerade die sozialen Medien von einer großen Informationsflut betroffen sind, ist es notwendig, aus der Masse herauszuragen. An dieser Stelle sollen die Erkenntnisse des Neuromarketing Abhilfe schaffen, um sich durch eine gehirngerechte Kommunikation in den Köpfen der Zielgruppe zu verankern.
Neurobiologische Grundlagen konnten zunächst zeigen, dass 95 Prozent aller Werbebotschaften unbewusst wahrgenommen werden und der Autopilot daher eine zentrale Rolle in der Markenkommunikation spielt. Das Neuromarketing mit seinen Methoden versucht dementsprechend eine implizite Wirkung zu entfalten, indem Bedeutungsträger an die für bestimmte Zielgruppen, je nach Ausprägung des Emotions- und Motivsystems, relevanten Motive anschließen. Auf diese Weise kann sich ein einzigartiges neuronales Markennetzwerk im Gehirn der Konsumenten verankern, was eine starke Marke ausmacht.
Dieses Wissen gilt es in die Social Branding Praxis zu integrieren, indem die vier Codes der Markenkommunikation entsprechend angewandt werden. Somit können Konsumenten nachhaltig und effizient in sozialen Netzwerken erreicht werden.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein Radträger für ein Leichtbaufahrzeug entwickelt werden. Dieser soll ein niedriges Gewicht sowie eine hohe Steifigkeit aufweisen und fertigbar sein.
Dabei wird über einen iterativen Prozess aus Simulation, Topologieoptimierung und Neukonstruktion ein neues Radträgerdesign entwickelt.
Zu Beginn der Arbeit wird auf die wissenschaftlichen Grundlagen eingegangen. Dabei spielen vor allem das Thema Leichtbau sowie die finite Elemente Methode eine Rolle. Es wird auf Prinzipien der Konstruktion eingegangen, um das Bauteil fertigungsgerecht und auch effizient zu gestalten.
Im nächsten Kapitel wird der aktuelle Stand der Technik genauer untersucht. Hierbei wird der Entwicklungsprozess der aktuellen Radträger-Varianten untersucht und diese mittels FEM nachgerechnet. Zuvor werden noch die für die Simulation benötigten wirkenden Kräfte berechnet und Plausibilitätstests durchgeführt, bei denen Computersimulationen mit realen Messwerten auf deren Richtigkeit überprüft werden.
In den letzten Kapiteln geht es um die Entwicklung des Radträgers. Hier werden einige Konzepte entwickelt und mittels FEM-Simulationen getestet. Durch den Einsatz von Topologieoptimierungen wird versucht, das Gewicht des Radträgers bei gleichbleibender Steifigkeit zu senken.
Bereichsübergreifender Einsatz von JavaScript – Aktueller Stand und exemplarische Implementierung
(2021)
Nahezu alle Websites nutzen die Programmiersprache JavaScript zur Darstellung von interaktiven Inhalten und zur Bereitstellung von komplexen Funktionalitäten. Seit ihren Anfängen im Jahr 1995 hat sich die Sprache nicht nur zum Standard in der Webentwicklung etabliert, sondern auch zu einer leistungsfähigen Mehrzweckprogrammiersprache weiterentwickelt.
Diese Arbeit befasst sich mit einer ausführlichen Darstellung der aktuellen Möglichkeiten, welche Ansätze sich durch die Weiterentwicklung JavaScripts zu einer Mehrzweckprogrammiersprache ergeben und wie sich diese heute umsetzen lassen. Anhand des intelligenten Schlüsselkastens „Smart Vault“ wird verdeutlicht, wie dieses Vorgehen praktisch realisiert und die Vorteile einer einzigen Programmiersprache angewendet werden können.
Es hat sich herausgestellt, dass sich JavaScript für Anwendungen unterschiedlicher Bereiche einsetzen lässt und darüber hinaus ein hohes Potenzial für weitere Entwicklungen, Verbesserungen und zusätzliche Einsatzgebiete besitzt. Es lassen sich nicht nur Websites, Web Server und Desktop Apps, sondern auch Mikrocontroller im Internet of Things konfigurieren und miteinander nutzen, ohne eine weitere Programmiersprache zu benötigen. Zahlreiche Bibliotheken und Frameworks machen es möglich, dass die Sprache verschiedene Anwendungen über ihre Einsatzgebiete hinweg miteinander verbindet.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf den Bewegtbildstrategien von Tageszeitungen in Baden-Württemberg. Es sollte aufgezeigt werden welche strategischen Vorgehensweisen die Lokalzeitungen in Baden-Württemberg verwenden und wie sie diese Umsetzen. Weiter sollten Faktoren extrahiert werden, die als erfolgskritisch angenommen werden können. Herausgefunden wurde, dass alle befragten Zeitungsverlage eine konvergenzinduzierte Cross-Media-Strategie verfolgen, in der die Diversifikation vertikal verläuft. Das heißt die Zeitungen sind meist selbst Produzent des Bewegtbilds und nutzen die wechselseitigen Synergieeffekte der redaktionellen Kompetenzen und multimedialen Distributionskanäle. Weiter kann festgestellt werden, dass Im Bereich Bewegtbild Ansätze einer Nischen- oder Fokusstrategie zu erkennen sind.
Als Erfolgsfaktoren können vor allem die lokale Kompetenz, die Format- und Themenwahl von Videos sowie die Redaktionsorganisation, die stark mit der Nutzung von Synergieeffekten zusammenhängt, angenommen werden.
Die Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VKB) im Knie ist eine häufige, schwerwiegende und mit hohen Kosten verbundene Verletzung im Sport. Eine erfolgreiche Rehabilitation und Rückkehr in den Wettkampfsport ist trotz zahlreicher wissenschaftlicher Erkenntnisse schwierig. Um das Wiederverletzungsrisiko zu minimieren und den optimalen Zeitpunkt für ein Back To Sport (BTS) zu definieren, werden in der Literatur sehr umfangreiche Assessments vorgegeben, die hohe Anforderungen an Gerätschaften, Geld und Zeit stellen. Durch ein bereitgestelltes Lasersystem für den Olympiastützpunkt (OSP) Freiburg-Schwarzwald wurde überprüft, ob ein einziger funktioneller Test mit dem Lasersystem ein BTS-Assessment ersetzen kann. Dafür wurde eine kleine Studie mit 10 Kreuzbandpatienten durchgeführt. Die Studienteilnehmer wurden durch ein umfangreiches Assessment geführt, wie sie aus aktuellen Studien vorgegeben wird, und absolvierten einen funktionellen Sprungtest mit dem Lasersystem. Um Zusammenhänge der Sprungtest- und der Assessmentergebnisse festzustellen, wurde eine Korrelationsanalyse durchgeführt. Diese zeigte, dass einzelne Tests aus dem Assessment signifikante Zusammenhänge mit den Ergebnissen des Sprungtests hatten. Zukünftig könnte man in Erwägung ziehen, diese zu ersetzen.
Disruptive innovations can solve major global challenges. However, the system in Germany does not sufficiently favor the development of such innovations. The disruptive output of leading nations like the United States puts increasing pressure on Germany’s innovation leadership. The German innovation agency SPRIND was founded in 2019 and is a suitable instrument to promote disruptive innovations. The SPRIND itself cites the American innovation agency DARPA, which has been promoting disruptive innovations since 1958, a role model. Therefore, the aim of this paper is to conduct a comparative analysis of DARPA and SPRIND. To answer the research question, secondary sources were used. In addition, two expert interviews were conducted with employees of SPRIND. The result of this paper is a systematic comparison that identifies the key differences and similarities between the two agencies. SPRIND is based on DARPA in key success factors, such as the person-centered approach, funding instruments or risk management. However, compared to DARPA, SPRIND has a major disadvantage; namely several administrative hurdles which inhibit agile action.
There is a strong interaction between the urban atmospheric canopy layer and the building energy balance. The urban atmospheric conditions affect the heat transfer through exterior walls, the long-wave heat transfer between the building surfaces and the surroundings, the short-wave solar heat gains, and the heat transport by ventilation. Considering also the internal heat gains and the heat capacity of the building structure, the energy demand for heating and cooling and the indoor thermal environment can be calculated based on the urban microclimatic conditions. According to the building energy concept, the energy demand results in an (anthropogenic) waste heat; this is directly transferred to the urban environment. Furthermore, the indoor temperature is re-coupled via the building envelope to the urban environment and affects indirectly the urban microclimate with a temporally lagged and damped temperature fluctuation. We developed a holistic building model for the combined calculation of indoor climate and energy demand based on an analytic solution of Fourier's equation and implemented this model into the PALM model.
Campus 2021
(2021)
Chancen und Risiken der Digitalisierung - Fallstudie Medientechnik - Brennweite dünner Linsen
(2021)
Diese Bachelorarbeit thematisiert die Chancen und Risiken der Digitalisierung von Lerninhalten. Hierfür sind zwei Laborversuche als Videoprojekt umgesetzt worden. Um diese Umsetzung sinnvoll zu gestalten, wird auf die allgemeinen didaktischen, digitalen, versuchs-theoretischen und video- technischen Hintergründe eingegangen. Die Didaktik in dieser Arbeit umfasst eine kurze geschichtliche Einbettung und eine anschließende Auseinandersetzung mit den didaktischen Modellen, die bei der Erstellung digitaler Inhalte von Bedeutung sind. Der Teil der Digitalisierung gibt zuerst einen allgemeinen Überblick über die Digitalisierung in Deutschland, um die aktuelle Lage zu betrachten. Anschließend werden diverse relevante digitale Formate thematisiert, mit welchen Lerninhalte vermittelt werden können. Der Abschluss des Themenfeldes bildet eine allgemeine Zusammenfassung der Chancen und Risiken, welche durch die Digitalisierung im akademischen Bereich entstehen können. Da sich die beiden Laborversuche mit dem Thema von Abbildungen durch Linsen beschäftigen und damit optische Versuche sind. Wird in dieser Abschlussarbeit auf optische Grundlagen eingegangen, die für die Versuchsdurchführung und Dokumentation relevant sind. Den Abschluss dieser Bachelorarbeit bilden die Durchführung des Videoprojekts und die damit verbundenen theoretischen Grundlagen.
The present work ties in with the problem of bicycle road assessment that is currently done using expensive special measuring vehicles. Our alternative approach for road condition assessment is to mount a sensor device on a bicycle which sends accelerometer and gyroscope data via WiFi to a classification server. There, a prediction model determines road type and condition based on the sensor data. For the classification task, we compare different machine learning methods with each other, whereby validation accuracies of 99% can be achieved with deep residual networks such as InceptionTime. The main contribution of this work with respect to comparable work is that we achieve excellent accuracies on a realistic dataset classifying road conditions into nine distinct classes that are highly relevant for practice.
The aim of this essay is to give a systematic review of the literature. Climate change is omnipresent and manifests itself in a steady increase in global warming. This trend was triggered as a reaction to increasing emissions in the course of industrialization. Climate finance is generally understood to be the provision of public, private, and alternative sources of finance that represent measures to mitigate and adapt to climate change. Significant commitments to support developing countries by developed countries have been manifested in the UNFCC climate framework and the Paris Climate Agreement. Funding from public and private sources increased to a total of $540 billion in 2019. Whether multilateral or bilateral, the largest share is provided in the form of loans to the target countries.
This paper shows the results of an in-depth techno-economic analysis of the public transport sector in a small to midsize city and its surrounding area. Public battery-electric and hydrogen fuel cell buses are comparatively evaluated by means of a total cost of ownership (TCO) model building on historical data and a projection of market prices. Additionally, a structural analysis of the public transport system of a specific city is performed, assessing best fitting bus lines for the use of electric or hydrogen busses, which is supported by a brief acceptance evaluation of the local citizens. The TCO results for electric buses show a strong cost decrease until the year 2030, reaching 23.5% lower TCOs compared to the conventional diesel bus. The optimal electric bus charging system will be the opportunity (pantograph) charging infrastructure. However, the opportunity charging method is applicable under the assumption that several buses share the same station and there is a “hotspot” where as many as possible bus lines converge. In the case of electric buses for the year 2020, the parameter which influenced the most on the TCO was the battery cost, opposite to the year 2030 in where the bus body cost and fuel cost parameters are the ones that dominate the TCO, due to the learning rate of the batteries. For H2 buses, finding a hotspot is not crucial because they have a similar range to the diesel ones as well as a similar refueling time. H2 buses until 2030 still have 15.4% higher TCO than the diesel bus system. Considering the benefits of a hypothetical scaling-up effect of hydrogen infrastructures in the region, the hydrogen cost could drop to 5 €/kg. In this case, the overall TCO of the hydrogen solution would drop to a slightly lower TCO than the diesel solution in 2030. Therefore, hydrogen buses can be competitive in small to midsize cities, even with limited routes. For hydrogen buses, the bus body and fuel cost make up a large part of the TCO. Reducing the fuel cost will be an important aspect to reduce the total TCO of the hydrogen bus.
Considering the literature for aqueous rechargeable Zn//MnO2 batteries with acidic electrolytes using the doctor blade coating of the active material (AM), carbon black (CB), and binder polymer (BP) for the positive electrode fabrication, different binder types with (non-)aqueous solvents were introduced so far. Furthermore, in most of the cases, relatively high passive material (CB+BP) shares ~30 wt% were applied. The first part of this work focuses on different selected BPs: polyacrylonitrile (PAN), carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), cellulose acetate (CA), and nitrile butadiene rubber (NBR). They were used together with (non-)aqueous solvents: DI-water, methyl ethyl ketone (MEK), and dimethyl sulfoxide (DMSO). By performing mechanical, electrochemical and optical characterizations, a better overall performance of the BPs using aqueous solvents was found in aqueous 2 M ZnSO4 + 0.1 M MnSO4 electrolyte (i.e., BP LA133: 150 mAh·g−1 and 189 mWh·g−1 @ 160 mA·g−1). The second part focuses on the mixing ratio of the electrode components, aiming at the decrease of the commonly used passive material share of ~30 wt% for an industrial-oriented electrode fabrication, while still maintaining the electrochemical performance. Here, the absolute CB share and the CB/BP ratio are found to be important parameters for an application-oriented electrode fabrication (i.e., high energy/power applications).
Printed electronics, due to its manufacturability using printing technology, allows for fabrication on large areas and the usage of flexible substrates and thus enables novel applications. Non-impact printing technology, such as inkjet-printing, permits for flexible, decentralized manufacturing of electronic devices and systems. This further facilitates split-manufacturing in security-critical electrical components, as well as a maximum in design flexibility in terms of free form factors and non-standardized structures with different geometrical sizes, reaching from a few micrometers up to several millimeters.
Based on the technological benefits printed electronics offers, it provides an interesting counterpart to classical silicon-based electronics, which is usually densely integrated on miniaturized, rigid areas. By utilizing both technologies in a complementary manner, novel systems in the form of hybrid systems can be enabled. Whilst hybrid systems, incorporating passive printed components and electrically conductive wiring concepts, are already commercialized, complex printed systems, which also utilize active components remain rare. To enable more complex (hybrid) systems, various building blocks are required. This includes possibilities for lightweight, printed data storage, the capability to provide sustainable, self-powered printed components and especially circuits for secure, unique identification for holistic printed systems, deployed in the internet of things.
The presented thesis focuses on inkjet-printed electronic devices, circuits and hybrid systems. It investigates solutions for current scientific questions in the area of efficient data storage, sustainable electronics and hardware-based security in printed electronics.
For data storage, an inkjet-printed memristor is developed. The device is fully electrically evaluated with a focus on its data storage capabilities. Furthermore, the printed device is of special interest due to its easy manufacturability and integration capabilities. The experimental analysis reveals that the developed memristor is highly suitable as lightweight non-volatile memory device.
In order to enable sustainable electronic systems, an inkjet-printed full-wave rectifier based on near-zero threshold voltage electrolyte-gated transistors is developed and fully electrically characterized. The circuit is capable for small alternating voltage rectification of low-frequency vibration energy harvesters in the sub-volt region. This provides an important building block in enabling sustainable, self-powered electronic systems. The inkjet-printed full-wave rectifier is evaluated by electrical simulation and experimentally.
To tackle hardware-based security for printed electronics, two implementations for inkjet-printed physically unclonable functions are developed and presented. For unique identification, intrinsic variation in active printed devices are exploited. One implementation is based on a crossbar architecture, incorporating integrable electrolyte-gated transistor cells. The second implementation, the so-called differential circuit physically unclonable function, is based on inverter structures, which provide the basis for unique response generation. Both physically unclonable functions are evaluated using an electrical simulation-based approach and experimentally. The differential circuit approach is furthermore fully integrated within a silicon-based electronic platform environment and serves as intrinsic variation source in a hybrid system. The hybrid system physically unclonable function is fully verified regarding performance metrics and is capable to generate highly unique responses for secure identification.
Background: This paper presents a conceptual design for an anthropomorphic replacement hand made of silicone that integrates a sensory feedback system. In combination with a motorized orthosis, it allows performing movements and registering information on the flexion and the pressure of the fingers.
Methods: To create the replacement hand, a three-dimensional (3D) scanner was used to scan the hand of the test person. With computer-aided design (CAD), a mold was created from the hand, then 3D-printed. Bending and force sensors were attached to the mold before silicone casting to implement the sensory feedback system. To achieve a functional and anthropomorphic appearance of the replacement hand, a material analysis was carried out. In two different test series, the properties of the used silicones were analyzed regarding their mechanical properties and the manufacturing process.
Results: Individual fingers and an entire hand with integrated sensors were realized, which demonstrated in several tests that sensory feedback in such an anthropomorphic replacement hand can be realized. Nevertheless, the choice of silicone material remains an open challenge, as there is a trade-off between the hardness of the material and the maximum mechanical force of the orthosis.
Conclusion: Apart from manufacturing-related issues, it is possible to cost-effectively create a personalized, anthropomorphic replacement hand, including sensory feedback, by using 3D scanning and 3D printing techniques.
The three lines of defense model (TLoD) aims to provide a simple and effective way to improve coordination and enhance communications on risk management and control by clarifying the essential roles and duties of different governance functions. Without effective coordination of these governance functions, work can be duplicated or key risks may be missed or misjudged. To address these challenges, professional standards recommend that the chief audit executive (CAE) coordinates activities with other internal and external governance stakeholders (assurance providers). We consider survey responses from 415 CAEs from Austria, Germany, and Switzerland to analyze determinants that help to implement the TLoD without any challenges and to explore the extent of (coordination) challenges between the internal audit function and the respective governance stakeholders. Our results show a great variance in the extent of coordination challenges dependent on different determinants and the respective governance stakeholder.
Die Corona-Pandemie stellte nicht nur die Gesellschaft und Politik, sondern viele Organisationen aus dem Feld der Unternehmen, der Kultur und des Bildungswesens vor neue Herausforderungen. Branchenunabhängig wurde deutlich, wo etwa im Bereich der digitalen Transformation Nachholbedarf besteht. Dies erfordert von den Verantwortlichen ein klares Transformationsmanagement, das neben dem Krisen- und Risikomanagement unterschiedliche Elemente aus der Organisationsentwicklung und dem Changemanagement kombiniert und in ein Managementsystem integriert.
„Was ich in der deutschen Debatte nie verstehen werde, ist, warum am Ende so viel mehr Bereitschaft da ist, Apple, Google, Facebook oder auch Alibaba die eigenen persönlichen Daten jeden Tag zur Verfügung zu stellen, als dann, wenn der eigene Staat einen Rahmen dafür setzt, Daten zum Wohle des Einzelnen - anonymisiert oder pseudonymisiert - zur Forschung und zum Mehrwert für alle Patientinnen und Patienten zu nutzen. Dann gibt es so ein Grundmisstrauen. Solange das so ist und es ein Grundvertrauen in amerikanische Großkonzerne und ein Grundmisstrauen in den eigenen Staat gibt, werden wir in der Digitalisierung nicht vorankommen.“ Mit diesem Appell warnte der Bundesgesundheitsminister Jens Spahn am 3. Juli 2020 vor dem Setzen falscher Prioritäten beim Datenschutz, im Rahmen der von ihm forcierten Digitalisierung im Gesundheitswesen. Diese von ihm kritisierte Inkonsequenz betrifft in Teilen auch den Autor dieser Arbeit. So hat dieser bei seinem letzten Arztbesuch die ausgehändigte „Patienteninformation zum Datenschutz“ erstmals kritisch beäugt und sich Gedanken darüber gemacht, ob der Arzt den alten Praxiscomputer ausreichend vor unberechtigtem Zugriff auf seine Daten schützt. Weniger Bedenken hingegen hat er, während er im Wartezimmer am Smartphone durch die sozialen Netzwerke stöbert und hierbei seine persönlichen Daten in sozialen Netzwerken preisgibt, deren Firmensitze teilweise sogar im Ausland liegen. Dass nicht nur der Autor von der Datenverarbeitung im digitalen Zeitalter betroffen ist, zeigt die „ARD/ZDF-Onlinestudie 2020“, nach der mittlerweile über 90% der deutschen Bevölkerung online sind und ein Viertel der Gesamtbevölkerung regelmäßig soziale Netzwerke nutzt. Doch nicht nur beim Arztbesuch, sondern auch im alltäglichen Leben gewinnt das Thema Datenschutz im E-Health-Bereich eine immer bedeutender werdende Rolle. Im pandemiegeprägten Jahr 2020 wurde zur Einführung der Corona-Warn-App über die digitale Datenverarbeitung im Gesundheitswesen kontrovers diskutiert. Kritiker bemängelten die staatliche Kontrolle, während Befürworter die Effektivität der App zur Pandemiebekämpfung mittels Nachverfolgung sowie die hohen Datenschutzstandards hervorheben.