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With the expansion of IoT devices in many aspects of our life, the security of such systems has become an important challenge. Unlike conventional computer systems, any IoT security solution should consider the constraints of these systems such as computational capability, memory, connectivity, and power consumption limitations. Physical Unclonable Functions (PUFs) with their special characteristics were introduced to satisfy the security needs while respecting the mentioned constraints. They exploit the uncontrollable and reproducible variations of the underlying component for security applications such as identification, authentication, and communication security. Since IoT devices are typically low cost, it is important to reuse existing elements in their hardware (for instance sensors, ADCs, etc.) instead of adding extra costs for the PUF hardware. Micro-electromechanical system (MEMS) devices are widely used in IoT systems as sensors and actuators. In this thesis, a comprehensive study of the potential application of MEMS devices as PUF primitives is provided. MEMS PUF leverages the uncontrollable variations in the parameters of MEMS elements to derive secure keys for cryptographic applications. Experimental and simulation results show that our proposed MEMS PUFs are capable of generating enough entropy for a complex key generation, while their responses show low fluctuations in different environmental conditions.
Keeping in mind that the PUF responses are prone to change in the presence of noise and environmental variations, it is critical to derive reliable keys from the PUF and to use the maximum entropy at the same time. In the second part of this thesis, we elaborate on different key generation schemes and their advantages and drawbacks. We propose the PUF output positioning (POP) and integer linear programming (ILP) methods, which are novel methods for grouping the PUF outputs in order to maximize the extracted entropy. To implement these methods, the key enrollment and key generation algorithms are presented. The proposed methods are then evaluated by applying on the responses of the MEMS PUF, where it can be practically shown that the proposed method outperforms other existing PUF key generation methods.
The final part of this thesis is dedicated to the application of the MEMS PUF as a security solution for IoT systems. We select the mutual authentication of IoT devices and their backend system, and propose two lightweight authentication protocols based on MEMS PUFs. The presented protocols undergo a comprehensive security analysis to show their eligibility to be used in IoT systems. As the result, the output of this thesis is a lightweight security solution based on MEMS PUFs, which introduces a very low overhead on the cost of the hardware.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Maximieren der von einer analogen Entropiequelle abgeleiteten Entropie, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:- Bereitstellen von Eingabedaten für die analoge Entropiequelle (2);- Erzeugen von Rückgabewerten durch die analoge Entropiequelle basierend auf den Eingabedaten (3); und- Gruppieren der Rückgabewerte, wobei das Gruppieren der Rückgabewerte ein Anwenden von Versätzen auf Rückgabewerte aufweist (4).
State-of-the-art models for pixel-wise prediction tasks such as image restoration, image segmentation, or disparity estimation, involve several stages of data resampling, in which the resolution of feature maps is first reduced to aggregate information and then sequentially increased to generate a high-resolution output. Several previous works have investigated the effect of artifacts that are invoked during downsampling and diverse cures have been proposed that facilitate to improve prediction stability and even robustness for image classification. However, equally relevant, artifacts that arise during upsampling have been less discussed. This is significantly relevant as upsampling and downsampling approaches face fundamentally different challenges. While during downsampling, aliases and artifacts can be reduced by blurring feature maps, the emergence of fine details is crucial during upsampling. Blurring is therefore not an option and dedicated operations need to be considered. In this work, we are the first to explore the relevance of context during upsampling by employing convolutional upsampling operations with increasing kernel size while keeping the encoder unchanged. We find that increased kernel sizes can in general improve the prediction stability in tasks such as image restoration or image segmentation, while a block that allows for a combination of small-size kernels for fine details and large-size kernels for artifact removal and increased context yields the best results.
This paper describes the Sweaty II humanoid adult size robot trying to qualify for the RoboCup 2018 adult size humanoid competition. Sweaty came 2nd in RoboCup 2017 adult size league. The main characteristics of Sweaty are described in the Team Description Paper 2017. The improvements that have been made or are planned to be implemented for RoboCup 2018 are described in this paper.
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.
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.
Lean und ERP - Synergie oder Widerspruch? Ein neuer Ansatz zur Steigerung der Unternehmenseffizienz
(2015)
Eine erfolgreiche Zusammenführung der Vorteile von ERP-Systemen mit den Vorzügen des Lean-Ansatzes kann zur Erschließung eines erheblichen Verbesserungspotenzials und damit zu signifikanten Wettbewerbsvorteilen einer Unternehmung führen. Da dieser Ansatz in der Praxis häufig kritisiert und bisher kaum adäquat verfolgt wird, zielt dieser Beitrag darauf ab, einen innovativen Lösungsweg vorzustellen, welcher nicht nur theoretisch, sondern auch anhand eines ERP-Einführungsprojekts in einem KMU empirisch aufzeigt, dass Lean und ERP nutzbringend miteinander kombiniert werden können und sollten.
Experimental Investigation of the Air Exchange Effectiveness of Push-Pull Ventilation Devices
(2020)
The increasing installation numbers of ventilation units in residential buildings are driven by legal objectives to improve their energy efficiency. The dimensioning of a ventilation system for nearly zero energy buildings is usually based on the air flow rate desired by the clients or requested by technical regulations. However, this does not necessarily lead to a system actually able to renew the air volume of the living space effectively. In recent years decentralised systems with an alternating operation mode and fairly good energy efficiencies entered the market and following question was raised: “Does this operation mode allow an efficient air renewal?” This question can be answered experimentally by performing a tracer gas analysis. In the presented study, a total of 15 preliminary tests are carried out in a climatic chamber representing a single room equipped with two push-pull devices. The tests include summer, winter and isothermal supply air conditions since this parameter variation is missing till now for push-pull devices. Further investigations are dedicated to the effect of thermal convection due to human heat dissipation on the room air flow. In dependence on these boundary conditions, the determined air exchange efficiency varies, lagging behind the expected range 0.5 < εa < 1 in almost all cases, indicating insufficient air exchange including short-circuiting. Local air exchange values suggest inhomogeneous air renewal depending on the distance to the indoor apertures as well as the temperature gradients between in- and outdoor. The tested measurement set-up is applicable for field measurements.
The suffix-free-prefix-free hash function construction and its indifferentiability security analysis
(2012)
In this paper, we observe that in the seminal work on indifferentiability analysis of iterated hash functions by Coron et al. and in subsequent works, the initial value (IV) of hash functions is fixed. In addition, these indifferentiability results do not depend on the Merkle–Damgård (MD) strengthening in the padding functionality of the hash functions. We propose a generic n-bit-iterated hash function framework based on an n-bit compression function called suffix-free-prefix-free (SFPF) that works for arbitrary IVs and does not possess MD strengthening. We formally prove that SFPF is indifferentiable from a random oracle (RO) when the compression function is viewed as a fixed input-length random oracle (FIL-RO). We show that some hash function constructions proposed in the literature fit in the SFPF framework while others that do not fit in this framework are not indifferentiable from a RO. We also show that the SFPF hash function framework with the provision of MD strengthening generalizes any n-bit-iterated hash function based on an n-bit compression function and with an n-bit chaining value that is proven indifferentiable from a RO.
The invention relates to the field of transporting flat substrates such as silicon substrates. In particular, the invention relates to particularly protective and continuous transport of such substrates. The method according to the invention is used to transport a vertically aligned flat substrate (1) comprising two flat sides in a transport direction inside a transport channel (2) that is at least partially filled with a liquid medium (F), wherein said liquid medium (F) flows against at least one of the flat sides of the substrate (1) and has a supporting component, which lifts the sum of the weight and buoyancy force of the substrate (1), and an advancing component, which is directed in the transport direction, so that the substrate (1) is supported and transported without mechanical aids. The device according to the invention comprises a transport channel (2) for accommodating a liquid medium (F) and a substrate (1) to be guided in vertical alignment within said medium (F), wherein the transport channel (2) has inflow openings (5) in the walls (3, 4).
Die Erfindung betrifft das Gebiet des Transports flacher Substrate wie beispielsweise Siliziumsubstrate. Insbesondere betrifft die Erfindung den besonders schonenden und kontinuierlichen Transport solcher Substrate. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Transport eines vertikal ausgerichteten flachen Substrats (1) in eine Transportrichtung innerhalb eines mit einem flüssigen Medium (F) gefüllten Transportkanals (2), wobei das flüssige Medium (F) gegen mindestens eine der Flachseiten des Substrats (1) strömt und eine die Summe aus Gewichts- und Auftriebskraft des Substrats (1) aufhebende Tragekomponente, sowie eine in Transportrichtung gerichtete Vorschubkomponente aufweist, so dass das Substrat (1) ohne mechanische Hilfsmittel getragen und transportiert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Transportkanal (2) zur Aufnahme eines flüssiges Mediums (F) sowie eines innerhalb dieses Mediums (F) in vertikaler Ausrichtung zu führenden Substrats (1), wobei der Transportkanal (2) in seinem Wandbereich (3, 4) Einströmöffnungen (5) aufweist.
Die Erfindung betrifft das Gebiet des Transports flacher Substrate wie beispielsweise Siliziumsubstrate. Insbesondere betrifft die Erfindung den besonders schonenden und kontinuierlichen Transport solcher Substrate. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Transport eines vertikal ausgerichteten flachen Substrats (1) in eine Transportrichtung innerhalb eines mit einem flüssigen Medium (F) gefüllten Transportkanals (2), wobei das flüssige Medium (F) gegen mindestens eine der Flachseiten des Substrats (1) strömt und eine die Summe aus Gewichts- und Auftriebskraft des Substrats (1) aufhebende Tragekomponente, sowie eine in Transportrichtung gerichtete Vorschubkomponente aufweist, so dass das Substrat (1) ohne mechanische Hilfsmittel getragen und transportiert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Transportkanal (2) zur Aufnahme eines flüssiges Mediums (F) sowie eines innerhalb dieses Mediums (F) in vertikaler Ausrichtung zu führenden Substrats (1), wobei der Transportkanal (2) in seinem Wandbereich (3, 4) Einströmöffnungen (5) aufweist.
Synthesizing voice with the help of machine learning techniques has made rapid progress over the last years [1]. Given the current increase in using conferencing tools for online teaching, we question just how easy (i.e. needed data, hardware, skill set) it would be to create a convincing voice fake. We analyse how much training data a participant (e.g. a student) would actually need to fake another participants voice (e.g. a professor). We provide an analysis of the existing state of the art in creating voice deep fakes and align the identified as well as our own optimization techniques in the context of two different voice data sets. A user study with more than 100 participants shows how difficult it is to identify real and fake voice (on avg. only 37 percent can recognize a professor’s fake voice). From a longer-term societal perspective such voice deep fakes may lead to a disbelief by default.
Regarding the importance of adsorptive removal of carbon monoxide from hydrogen-rich mixtures for novel applications (e.g. fuel cells), this work provides a series of experimental data on adsorption isotherms and breakthrough curves of carbon monoxide. Three recently developed 5A zeolites and one commercial activated carbon were used as adsorbents. Isotherms were measured gravimetrically at temperatures of 278–313 K and pressures up to 0.85 MPa. Breakthrough curves of CO were obtained from dynamic column measurements at temperatures of 298–301 K, pressures ranging from 0.1 MPa to ca. 6 MPa and concentrations of CO in H2/CO mixtures of 5–17.5 mol%. A simple mathematical model was developed to simulate breakthrough curves on adsorbent beds using measured and calculated data as inputs. The number of parameters and the use of correlations to evaluate them were restricted in order to focus the importance of measured values. For the given assumptions and simplifications, the results show that the model predictions agree satisfactorily with the experimental data at the different operating conditions applied.
Sowohl die Entwicklung neuer als auch die Weiterentwicklung bestehender Quartiere sind mit vielfältigen Herausforderungen verbunden. Durch weitere Klimaschutzmaßnahmen und ein zunehmendes Umweltbewusstsein steigen die energetischen Anforderungen an Wohn- und Gewerbeimmobilien. Die besonders für Deutschland ungünstige demografische Entwicklung bedingt eine weiter zunehmende Urbanisierung, bedingt durch Migration und Zuzug älterer Menschen in Städte, die künftig noch mehr altersgerechte Wohnungen und Pflegeeinrichtungen etablieren müssen. Hinzu kommen die steigenden Anforderungen aus der digitalen Transformation und einer Informationsgesellschaft, die sich mit Konnektivität, Schnelllebigkeit, Individualisierungstendenzen und veränderten Konsumgewohnheiten auseinandersetzen muss.
Massive Umwälzungen im Marktumfeld, verstärkt durch disruptive Technologien, stellen viele Unternehmen vor die existenzielle Frage, wie sie ihr etabliertes Geschäftsmodell zukunftsfähig weiterentwickeln können beziehungsweise wie sie sich unter Umständen grundlegend neu aufstellen müssen. Volatilität, Unsicherheit, Komplexität und Ambiguität (kurz VUKA) sind in diesem Kontext jene ungünstigen Begleiterscheinungen, die auch genossenschaftliche Unternehmen beeinflussen. Die vielfältigen Herausforderungen im Unternehmensumfeld, wie beispielsweise ungünstige demografische Entwicklungen, eine zunehmende Urbanisierung bei steigendem Bedarf an regionaler Daseinsvorsorge, Wettbewerbsdruck durch neue Geschäftsmodelle und Konkurrenten infolge der Künstlichen Intelligenz beziehungsweise Digitalisierung – zum Beispiel durch FinTechs – bedingen die Suche nach Orientierung, nach einem strategischen Kompass sowohl für Politik, Wirtschaft und Gesellschaft.
Am Beispiel der kanadischen Metropole Vancouver zeigt sich, dass auch in Zeiten einer immer komplexer werdenden Welt Wirtschaftswachstum, Nachhaltigkeit und Lebenswert positiv korrelieren können und innerhalb weniger Jahrzehnte regional umsetzbar sind. Die Stadt setzt dabei überwiegend auf zentral gesteuerte Aktivitäten der „Vancouver Economic Comission“, die alle gesellschaftlichen und unternehmerischen Anspruchsgruppen auf der Basis werteorientierten Handelns konsequent das Ziel verfolgen lässt, Vancouver zu einer global anerkannten Stadt für innovatives, kreatives und nachhaltiges Business zu entwickeln. Das Streben Vancouvers weist dabei Parallelen zu genossenschaftlichen Wesensprinzipien sowie zu im deutschsprachigen Raum bereits existierenden Ansätzen genossenschaftlicher Innovationsökosysteme auf. Letztere haben bereits an verschiedenen Stellen bewiesen, dass sie das Potenzial haben in Zeiten komplexer Herausforderungen zukunftsfähige Lösungen für die Menschen in der Region gemeinschaftlich zu entwickeln. Gleichzeitig lassen sich mittels innovativer Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle neue Ertragsquellen erschließen.
Strategen genossenschaftlicher oder kooperativer Banken und Unternehmen sollten nachfolgende Fragen bewegen:
• Was können deutsche Städte, Gemeinden und Regionen von Vancouver hinsichtlich des Aufbaus und der Gestaltung dynamischer Innovationsökosysteme lernen?
• Welche Rolle können Genossenschaften in Innovationsökosystemen spielen?
• Wie könnten die Innovationsprinzipien, -methoden und -formate in der jeweiligen Region erfolgversprechend eingesetzt werden?
In this TDP we describe a new tool created for testing the strategy layer of our soccer playing agents. It is a complete 2D simulator that simulates the games based on the decisions of 22 agents. With this tool, debugging the decision and strategy layer of our agents is much more efficient than before due to various interaction methods and complete control over the simulation.
In the future, the tool could also serve as a measure to run simulations of game series much faster than with the 3D simulator. This way, the impact of different play strategies could be evaluated much faster than before.
Modelbasierte Zustandsschätzung elektrischer Betriebsmittel der Mittel- und Niederspannungsebenen
(2022)
Im Projekt MOBCOM wird ein neues Verfahren zur Zustandsüberwachung von elektrischen Betriebsmitteln in Niederspannungsnetzen und Anlagen entwickelt. Mittels PLC (power line communication) Technologie werden hochfrequente transiente Vorgänge auf dem Stromkanal und dessen Übertragungseigenschaften erfasst und bewertet.
In dem Abschlussbericht wird ein Prototyp für Powerline-Kommunikation zur Netzüberwachung beschrieben. Der Prototyp basiert auf einem PLC-Empfänger, welcher den Kanal misst, um so Informationen über den PLC-Kanal und den aktuellen Zustand des Stromnetzes zu erhaltet. Der PLC-Empfänger verwendet das Kommunikationssignal, um eine genaue Schätzung des Stromkanals zu erhalten und liefert Informationen zur Erkennung von Teilentladungen und anderen Anomalien im Netz. Diese Überwachung des Stromnetzes macht sich die bestehende PLC-Infrastruktur zunutze und verwendet die ohnehin übertragenen Datensignale, um eine Echtzeitmessung der Kanalübertragungsfunktion und des empfangenen Rauschsignals zu erhalten. Da dieses Signal im Vergleich zu einfacheren Messsensoren mit einer hohen Abtastrate abgetastet wird, enthält es wertvolle Informationen über mögliche Beeinträchtigungen im Netz, die behoben werden müssen. Während die Kanalmessungen auf einem empfangenen PLC-Signal beruhen, können Informationen über Teilentladungen oder andere Störquellen allein durch einen PLC-Empfänger gesammelt werden, d. h. ohne eine PLC-Übertragung. Es wurde ein Prototyp auf Basis von Software Defined Radio entwickelt, der die gleichzeitige Kommunikation und Erfassung für ein Stromnetz implementiert.
Dort, wo Modelle der operativen Energiesystemanalyse untereinander Überschneidungen aufweisen, stellt sich zunächst die Frage, ob sie bei gleichgearteten Fragestellungen auch die gleichen Antworten liefern. Dies zu beantworten war erstes Ziel des hier beschriebenen Vorhabens. Das zweite Ziel war, im Falle von Differenzen zu ermitteln, worin diese begründet liegen. Es waren nicht nur die Modelle selbst, sondern auch das methodische Vorgehen zur Modellerstellung und Simulation in Betracht zu ziehen. Die darauf aufbauende Identifikation von individuellen Optimierungspotenzialen war das dritte Ziel. Da die operative Energiesystemanalyse noch ein recht junger Forschungsbereich ist, existiert darüber hinaus Klärungsbedarf, welches Modell sich für welche Untersuchungen besonders eignet und welches methodische Vorgehen sich empfiehlt. Die Beantwortung dieser Fragen stellte das vierte Ziel des Vorhabens dar.
Accelerated transformation of the society and industry through digi-talization, artificial intelligence and other emerging technologies has intensified the need for university graduates that are capable of rapidly finding breakthrough solutions to complex problems, and can successfully implement innovation con-cepts. However, there are only few universities making significant efforts to com-prehensively incorporate creative and systematic tools of TRIZ (theory of in-ventive problem solving) and KBI (knowledge-based innovation) into their de-gree structure. Engineering curricula offer little room for enhancing creativity and inventiveness by means of discipline‐specific subjects. Moreover, many ed-ucators mistakenly believe that students are either inherently creative, or will in-evitably obtain adequate problem-solving skills as a result of their university study. This paper discusses challenges of intelligent integration of TRIZ and KBI into university curricula. It advocates the need for development of standard guidelines and best-practice recommendations in order to facilitate sustainable education of ambitious, talented, and inventive specialists. Reflections of educa-tors that teach TRIZ and KBI to students from mechanical, electrical, process engineering, and business administration are presented.
This paper presents the results of the idea generation experiment that repeats the study originally conducted at RMIT. In order to establish the influence that the experimental treatments make on the number and the breadth of solution ideas proposed by problem solvers with different knowledge levels, students from different years of study were recruited. Ninety students from the Offenburg University of Applied Sciences, Germany were divided into three groups. All students were asked to generate ideas on cleaning lime deposits from the inside of a water pipe and were given 16 minutes to record their individual ideas. Students of two experimental groups were shown some words for two minuted each. The Su-Field group was exposed to the eight fields of MATCEMIB. The Random Word group was shown eight random words every two minutes. The Su-Field group outperformed both the Control group and the Random Word group in the number of ideas generated. It was also found that the students from the Su-Field group proposed significantly broader solutions than the students from the Control and Random Word groups. The overall results of the experiment support the conclusions made by the RMIT researchers that simple ideation techniques can significantly improve idea generation and that the systematised Substance-Field Analysis is a suitable heuristic for engineering students.
Ziel der Investitionsmaßnahme Enerlab 4.0 war die Bereitstellung einer umfangreichen in-operando und post-mortem Diagnostik für dezentrale Energieerzeuger und -Speicher, z. B. Batteriezellen und Photovoltaikzellen. Diese sind wichtige Komponenten für verschiedene Bereiche der Industrie 4.0 – von autonomen Sensoren über energieautarke Produktion bis hin zur Qualitätskontrolle. Zu diesem Zweck wurde die apparative Ausstattung der Hochschule Offenburg erweitert, und zwar sowohl für in-operando Diagnostik (elektrische Zyklierer, Impedanzspektrometer, Temperaturprüfschränke) als auch für post-mortem Diagnostik (Glovebox, Probenpräparationen für vorhandene Werkstoffanalytik und chemische Analytik). Be-reits vorhandene Geräte aus anderen laufenden oder abgeschlossenen Projekten wurden in die neue Infrastruktur integriert. Im Ergebnis entstand ein modernes und leistungsfähiges Batterie- und Photovoltaiklabor, welches in zahlreichen laufenden und neuen Vorhaben genutzt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes (SOC) einer aufladbaren Batterie (106) eines vorgegebenen Batterietyps oder eines damit in einem physikalischen Zusammenhang stehenden Parameters, insbesondere einer in der Batterie enthaltenen Restladungsmenge Q, wobei das Verfahren mittels eines spannungsgeführten Batteriemodells (102) arbeitet, welches für die betreffende Batterie (106) oder einen entsprechenden Batterietyp parametriert wird. Es muss lediglich die Batteriespannung Umess gemessen und dem Batteriemodell (102) als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gesundheitszustandes (SOH) einer Batterie (102), wobei das Batteriemodell (102), das auch zur Bestimmung des SOC verwendet wird, einen modellierten Batteriestrom Imodliefert. Aus diesem können modellierte Ladungsmengen während Lade- und Entladephasen der Batterie (106) bestimmt und mit gemessenen Ladungsmengen, die aus dem gemessenen Batteriestrom Imessbestimmt werden, verglichen werden. Da das Batteriemodell (102) nicht altert, kann hierdurch der SOH der Batterie bestimmt werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes (SOC) einer aufladbaren Batterie (106) eines vorgegebenen Batterietyps oder eines damit in einem physikalischen Zusammenhang stehenden Parameters, insbesondere einer in der Batterie enthaltenen Restladungsmenge Q, wobei das Verfahren mittels eines spannungsgeführten Batteriemodells (102) arbeitet, welches für die betreffende Batterie (106) oder einen entsprechenden Batterietyp parametriert wird. Es muss lediglich die Batteriespannung Umess gemessen und dem Batteriemodell (102) als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gesundheitszustandes (SOH) einer Batterie (102), wobei das Batteriemodell (102), das auch zur Bestimmung des SOC verwendet wird, einen modellierten Batteriestrom Imodliefert. Aus diesem können modellierte Ladungsmengen während Lade- und Entladephasen der Batterie (106) bestimmt und mit gemessenen Ladungsmengen, die aus dem gemessenen Batteriestrom Imessbestimmt werden, verglichen werden. Da das Batteriemodell (102) nicht altert, kann hierdurch der SOH der Batterie bestimmt werden.
The invention relates to a method and to a device for determining the state of charge (SOC) of a rechargeable battery (106) of a specified battery type or a parameter physically related thereto, in particular a remaining charge amount Q contained in the battery, the method operating by means of a voltage-controlled battery model (102), which is parameterized for the battery (106) in question or a corresponding battery type. It is merely necessary to measure the battery voltage Umess and to provide said battery voltage to the battery model (102) as an input variable. The invention further relates to a method and to a device for determining the state of health (SOH) of a battery (102), wherein the battery model (102) also used to determine the SOC provides a modeled battery current Imod. Modeled charge amounts during charging and discharging phases of the battery (106) can be determined from said modeled battery current and can be compared with measured charge amounts, which are determined from the measured battery current Imess. Because the battery model (102) does not age, the SOH of the battery can thereby be determined.
Ziel des Projekts STABIL war die Vorhersage der Alterung und Verbesserung der Lebensdauer von mobilen und stationären Lithium-Ionen-Batterien. Batterien sind zentrale Komponenten der Elektromobilität und der stationären Speicherung von regenerativem Strom. Die im Stand der Technik unzureichende Lebensdauer der Batterie ist heute wesentlicher Kostentreiber. Im Projekt wurde daher in einem skalenübergreifenden und interdisziplinären Ansatz das Verhalten von einzelnen Batteriezellen und ganzen Batteriesystemen unter zwei unterschiedlichen systemischen Randbedingungen untersucht.
Ziel des LiBaLu-Teilprojekts Modellierung und Simulation war die Unterstützung der Elektroden- und Zellentwicklung mit Hilfe umfangreicher Computersimulationen im Sinne des computergestützten Engineering (CAE). Zwei verschiedene Schwerpunkte standen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Zum einen wurde das mechanistische Verständnis der komplexen Elektrochemie in Lithium-Luftbatterien durch mikrokinetische Modelle aufgeklärt. Auf Basis von postulierten Mehrschrittmechanismen wurden makroskopische Eigenschaften (Entlade-/Ladekennlinien, Zyklovoltammogramme) vorhergesagt und mit experimentellen Daten der Projektpartner verglichen. Zum anderen wurde das Design der Prototypzelle mit Hilfe numerischer Simulationen untersucht und optimiert. So konnten z. B. optimale Schichtdicken oder die Rolle von Gastransportlimitierungen identifiziert werden.
Passive hybridization refers to a parallel connection of photovoltaic and battery cells on the direct current level without any active controllers or inverters. We present the first study of a lithium-ion battery cell connected in parallel to a string of four or five serially-connected photovoltaic cells. Experimental investigations were performed using a modified commercial photovoltaic module and a lithium titanate battery pouch cell, representing an overall 41.7 W-peak (photovoltaic)/36.8 W-hour (battery) passive hybrid system. Systematic and detailed monitoring of this system over periods of several days with different load scenarios was carried out. A scaled dynamic synthetic load representing a typical profile of a single-family house was successfully supplied with 100 % self-sufficiency over a period of two days. The system shows dynamic, fully passive self-regulation without maximum power point tracking and without battery management system. The feasibility of a photovoltaic/lithium-ion battery passive hybrid system could therefore be demonstrated.
Simulation-based degradation assessment of lithium-ion batteries in a hybrid electric vehicle
(2017)
Covert and Side-Channels have been known for a long time due to their versatile forms of appearance. For nearly every technical improvement or change in technology, such channels have been (re-)created or known methods have been adapted. For example the introduction of hyperthreading technology has introduced new possibilities for covert communication between malicious processes because they can now share the arithmetic logical unit (ALU) as well as the L1 and L2 cache which enables establishing multiple covert channels. Even virtualization which is known for its isolation of multiple machines is prone to covert and side-channel attacks due to the sharing of resources. Therefore itis not surprising that cloud computing is not immune to this kind of attacks. Even more, cloud computing with multiple, possibly competing users or customers using the same shared resources may elevate the risk of unwanted communication. In such a setting the ”air gap” between physical servers and networks disappears and only the means of isolation and virtual separation serve as a barrier between adversary and victim. In the work at hand we will provide a survey on weak spots an adversary trying to exfiltrate private data from target virtual machines could exploit in a cloud environment. We will evaluate the feasibility of example attacks and point out possible mitigation solutions if they exist.
Ultra-low-power passive telemetry systems for industrial and biomedical applications have gained much popularity lately. The reduction of the power consumption and size of the circuits poses critical challenges in ultra-low-power circuit design. Biotelemetry applications like leakage detection in silicone breast implants require low-power-consuming small-size electronics. In this doctoral thesis, the design, simulation, and measurement of a programmable mixed-signal System-on-Chip (SoC) called General Application Passive Sensor Integrated Circuit (GAPSIC) is presented. Owing to the low power consumption, GAPSIC is capable of completely passive operation. Such a batteryless passive system has lower maintenance complexity and is also free from battery-related health hazards. With a die area of 4.92 mm² and a maximum analog power consumption of 592 µW, GAPSIC has one of the best figure-of-merits compared to similar state-of-the-art SoCs. Regarding possible applications, GAPSIC can read out and digitally transmit the signals of resistive sensors for pressure or temperature measurements. Additionally, GAPSIC can measure electrocardiogram (ECG) signals and conductivity.
The design of GAPSIC complies with the International Organization for Standardization (ISO) 15693/NFC (near field communication) 5 standard for radio frequency identification (RFID), corresponding to the frequency range of 13.56 MHz. A passive transponder developed with GAPSIC comprises of an external memory storage and very few other external components, like an antenna and sensors. The passive tag antenna and reader antenna use inductive coupling for communication and energy transfer, which enables passive operation. A passive tag developed with GAPSIC can communicate with an NFC compatible smart device or an ISO 15693 RFID reader. An external memory storage contains the programmable application-specific firmware.
As a mixed-signal SoC, GAPSIC includes both analog and digital circuitries. The analog block of GAPSIC includes a power management unit, an RFID/NFC communication unit, and a sensor readout unit. The digital block includes an integrated 32-bit microcontroller, developed by the Hochschule Offenburg ASIC design center, and digital peripherals. A 16-kilobyte random-access memory and a read-only 16-kilobyte memory constitute the GAPSIC internal memory. For the fabrication of GAPSIC, one poly, six-metal 0.18 µm CMOS process is used.
The design of GAPSIC includes two stages. In the first stage, a standalone RFID/NFC frontend chip with a power management unit, an RFID/NFC communication unit, a clock regenerator unit, and a field detector unit was designed. In the second stage, the rest of the functional blocks were integrated with the blocks of the RFID/NFC frontend chip for the final integration of GAPSIC. To reduce the power consumption, conventional low-power design techniques were applied extensively like multiple power supplies, and the operation of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) transistors in the sub-threshold region of operation, as well as further innovative circuit designs.
An overvoltage protection circuit, a power rectifier, a bandgap reference circuit, and two low-dropout (LDO) voltage regulators constitute the power management unit of GAPSIC. The overvoltage protection circuit uses a novel method where three stacked transistor pairs shunt the extra voltage. In the power rectifier, four rectifier units are arranged in parallel, which is a unique approach. The four parallel rectifier units provide the optimal choice in terms of voltage drop and the area required.
The communication unit is responsible for RFID/NFC communication and incorporates demodulation and load modulation circuitry. The demodulator circuit comprises of an envelope detector, a high-pass filter, and a comparator. Following a new approach, the bandgap reference circuit itself acts as the load for the envelope detector circuit, which minimizes the circuit complexity and area. For the communication between the reader and the RFID/NFC tag, amplitude-shift keying (ASK) is used to modulate signals, where the smallest modulation index can be as low as 10%. A novel technique involving a comparator with a preset offset voltage effectively demodulates the ASK signal. With an effective die area of 0.7 mm² and power consumption of 107 µW, the standalone RFID/NFC frontend chip has the best figure-of-merits compared to the state-of-the-art frontend chips reported in the relevant literature. A passive RFID/NFC tag developed with the standalone frontend chip, as well as temperature and pressure sensors demonstrate the full passive operational capability of the frontend chip. An NFC reader device using a custom-built Android-based application software reads out the sensor data from the passive tag.
The sensor readout circuit consists of a channel selector with two differential and four single-ended inputs with a programmable-gain instrumentation amplifier. The entire sensor readout part remains deactivated when not in use. The internal memory stores the measured offset voltage of the instrumentation amplifier, where a firmware code removes the offset voltage from the measured sensor signal. A 12-bit successive approximation register (SAR) type analog-to-digital-converter (ADC) based on a charge redistribution architecture converts the measured sensor data to a digital value. The digital peripherals include a serial peripheral interface, four timers, RFID/NFC interfaces, sensor readout unit interfaces, and 12-bit SAR logic.
Two sets of studies with custom-made NFC tag antennas for biomedical applications were conducted to ascertain their compatibility with GAPSIC. The first study involved the link efficiency measurements of NFC tag antennas and an NFC reader antenna with porcine tissue. In a separate experiment, the effect of a ferrite compared to air core on the antenna-coupling factor was investigated. With the ferrite core, the coupling factor increased by four times.
Among the state-of-the-art SoCs published in recent scientific articles, GAPSIC is the only passive programmable SoC with a power management unit, an RFID/NFC communication interface, a sensor readout circuit, a 12-bit SAR ADC, and an integrated 32-bit microcontroller. This doctoral research includes the preliminary study of three passive RFID tags designed with discrete components for biomedical and industrial applications like measurements of temperature, pH, conductivity, and oxygen concentration, along with leakage detection in silicone breast implants. Besides its small size and low power consumption, GAPSIC is suitable for each of the biomedical and industrial applications mentioned above due to the integrated high-performance microcontroller, the robust programmable instrumentation amplifier, and the 12-bit analog-to-digital converter. Furthermore, the simulation and measurement data show that GAPSIC is well suited for the design of a passive tag to monitor arterial blood pressure in patients experiencing Peripheral Artery Disease (PAD), which is proposed in this doctoral thesis as an exemplary application of the developed system.
Team description papers of magmaOffenburg are incremental in the sense that each year we address a different topic of our team and the tools around our team. In this year’s team description paper we focus on the architecture of the software. It is a main factor for being able to keep the code maintainable even after 15 years of development. We also describe how we make sure that the code follows this architecture.
In the past two decades much has been published on whiplash injury, yet both the confusion regarding the condition, and the medicolegal discussion about it have increased. In this paper, functional imaging research results are summarized using MRIcroGL3D visualization software and assembled in an image comprising regions of cerebral activation and deactivation.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2 mittels methanogener Mikroorganismen durch Umsetzung von H2 und CO und/oder CO2, die eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne, jeweils mit einer Bodenseite und einer der Bodenseite gegenüberliegenden oberen Seite, ein in der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne bereitgestelltes Medium mit methanogenen Mikroorganismen, eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines H2 enthaltenden Gases in das Medium der Begasungskolonne, eine Abführeinrichtung zum Abführen eines CH4 enthaltenden Gases aus der Entgasungskolonne, eine Verbindungsleitung zwischen Begasungskolonne und Entgasungskolonne im Bereich der Bodenseiten, eine Pumpe zum Überführen von Medium über die Verbindungsleitung von der Begasungskolonne in die Entgasungskolonne, und eine Rückführleitung zwischen der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne im Bereich der oberen Seiten zum Rückführen von Medium aus der Entgasungskolonne in die Begasungskolonne aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2 in einer Vorrichtung mittels methanogener Mikroorganismen als Teil eines in der Vorrichtung bereitgestellten Mediums, wobei das Medium in einem Kreislauf über eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne geführt wird, wobei die Kolonnen jeweils über eine Verbindungsleitung im Bereich ihrer Bodenseiten und über eine Rückführleitung im Bereich der den Bodenseiten gegenüberliegenden oberen Seiten miteinander verbunden sind, worin das Medium sich in der Begasungskolonne absteigend und in der Entgasungskolonne aufsteigend bewegt, worin dem Medium in der Begasungskolonne ein H2 enthaltendes Gas zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2mittels methanogener Mikroorganismen durch Umsetzung von H2und CO und/oder CO2, die eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne, jeweils mit einer Bodenseite und einer der Bodenseite gegenüberliegenden oberen Seite, ein in der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne bereitgestelltes Medium mit methanogenen Mikroorganismen, eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines H2enthaltenden Gases in das Medium der Begasungskolonne, eine Abführeinrichtung zum Abführen eines CH4enthaltenden Gases aus der Entgasungskolonne, eine Verbindungsleitung zwischen Begasungskolonne und Entgasungskolonne im Bereich der Bodenseiten, eine Pumpe zum Überführen von Medium über die Verbindungsleitung von der Begasungskolonne in die Entgasungskolonne, und eine Rückführleitung zwischen der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne im Bereich der oberen Seiten zum Rückführen von Medium aus der Entgasungskolonne in die Begasungskolonne aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2in einer Vorrichtung mittels methanogener Mikroorganismen als Teil eines in der Vorrichtung bereitgestellten Mediums, wobei das Medium in einem Kreislauf über eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne geführt wird, wobei die Kolonnen jeweils über eine Verbindungsleitung im Bereich ihrer Bodenseiten und über eine Rückführleitung im Bereich der den Bodenseiten gegenüberliegenden oberen Seiten miteinander verbunden sind, worin das Medium sich in der Begasungskolonne absteigend und in der Entgasungskolonne aufsteigend bewegt, worin dem Medium in der Begasungskolonne ein H2enthaltendes Gas zugeführt wird.
The majority of anterior cruciate ligament (ACL) injuries in team sports are non-contact injuries, with cutting maneuvers identified as high-risk tasks. Young female handball players have been shown to be at greater risk for ACL injuries than males. One risk factor for ACL injuries is the magnitude of the knee abduction moment (KAM). Cutting technique variables on foot placement, overall approach and knee kinematics have been shown to influence the KAM. Since injury risk is believed to increase with increasing task complexity, the purpose of the study was to test the effect of task complexity on technique variables that influence the KAM in female handball players during fake-and-cut tasks.
Landing heel first has been associated with elevated external knee abduction moments (KAM), thereby potentially increasing the risk of sustaining a non-contact ACL injury. Apart from the foot strike angle, knee valgus angle (VAL) and vertical center of mass velocity at initial ground contact (IC) have been associated with increased KAM in females across different sidestep cuts. While real-time biofeedback training has been proven effective for gait retraining [4], the highly dynamic, non-cyclical nature of cutting maneuvers makes real-time feedback unsuitable and alternative approaches necessary. This study aimed at assessing the efficacy of immediate software-aided feedback on cutting technique in reducing KAM during handball-specific cutting maneuvers.
The purpose of this study was to 1) compare knee joint kinematics and kinetics of fake-and-cut tasks of varying complexity in 51 female handball players and 2) present a case study of one athlete who ruptured her ACL three weeks post data collection. External knee joint moments and knee joint angles in all planes at the instance of the peak external knee abduction moment (KAM) as well as moment and angle time curves were analyzed. Peak KAMs and knee internal rotation moments were substantially higher than published values obtained during simple change-of-direction tasks and, along with flexion angles, differed significantly between the tasks. Introducing a ball reception and a static defender increased joint loads while they partially decreased again when anticipation was lacking. Our results suggest to use game-specific assessments of injury risk while complexity levels do not directly increase knee loading. Extreme values of several risk factors for a post-test injured athlete highlight the need and usefulness of appropriate screenings.
HPTLC on amino plates, with simple heating of the plates for derivatization, has been used for quantification of glucosamine in nutritional supplements. On heating the plate glucosamine reacts to form a compound which strongly absorbs light between 305 and 330 nm, with weak fluorescence. The reaction product can be detected sensitively either by absorption of light or by fluorescence detection. The detection limit in absorption mode is approximately 25 ng per spot. In fluorescence mode a detection limit of 15 ng is achievable. A calibration plot for absorption detection is linear in the range 25 to 4000 ng glucosamine. The derivative formed from glucosamine by heating is stable for months, and the relative standard deviation is 1.64% for 600 ng glucosamine. The amounts of glucosamine found in nutritional supplements were in agreement with the label declarations.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens GeoSpeicher.bw wurden mehrere Demostandorte in Baden-Württemberg intensiv durch die Projektpartner untersucht bzw. begleitet. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass bestehende Geothermieanlagen gut funktionieren und durch den Betrieb auch klimaschädliche Gasemissionen eingespart werden können. Leider konnte im Rahmen des Vorhabens kein Demoprojekt für einen Aquiferspeicher am städtischen Klinikum Karlsruhe oder auch am Campus Nord des Karlsruhe Instituts für Technologie (KIT) trotz des Nachweises der effektiven Kostenersparnisse und CO2-Einsparungen verwirklicht werden.
Sollte sich die Aquiferspeichertechnologie in Baden-Württemberg etablieren, müsste unbedingt ein Demoprojekt für einen flachen Niedrigtemperatur-Aquiferspeicher entwickelt und gefördert werden. Die Rahmenbedingungen für solch einen Aquiferspeicher wären am Campus Nord grundsätzlich gegeben. Dieser Nachweis wurde durch zahlreiche Untersuchungen im Rahmen von GeoSpeicher.bw eindeutig erbracht.