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- „Eiserne Hand“ des Götz von Berlichingen (1)
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- Fakultät Medien und Informationswesen (M+I) (bis 21.04.2021) (139)
- Fakultät Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik (EMI) (ab 04/2019) (90)
- Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik (M+V) (49)
- Fakultät Wirtschaft (W) (44)
- Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik (E+I) (bis 03/2019) (16)
- INES - Institut für nachhaltige Energiesysteme (14)
- ivESK - Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (12)
- CRT - Campus Research & Transfer (8)
- ACI - Affective and Cognitive Institute (6)
- IMLA - Institute for Machine Learning and Analytics (6)
Open Access
- Closed Access (208)
- Open Access (113)
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- Closed (1)
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The development of secure software systems is of ever-increasing importance. While software companies often invest large amounts of resources into the upkeeping and general security properties of large-scale applications when in production, they appear to neglect utilizing threat modeling in the earlier stages of the software development lifecycle. When applied during the design phase of development, and continuously throughout development iterations, threat modeling can help to establish a "Secure by Design" approach. This approach allows issues relating to IT security to be found early during development, reducing the need for later improvement – and thus saving resources in the long term. In this paper the current state of threat modeling is investigated. This investigation drove the derivation of requirements for the development of a new threat modelling framework and tool, called OVVL. OVVL utilizes concepts of established threat modeling methodologies, as well as functionality not available in existing solutions.
Auf Grundlage der Computer-Aided-Design (CAD)-rekonstruierten ersten „Eisernen Hand“ des Götz von Berlichingen wird ein umgebautes, controllergesteuertes sensomotorisches Fingersystem auf seine Funktionalität beim Greifen von unterschiedlichen Gegenständen beschrieben und geprüft. Die elektronischen Finger, die den „Pinzettengriff“ nachahmen und automatisch bei dem zuvor eingestellten Anpressdruck abschalten, bewiesen eine bemerkenswerte Alltagstauglichkeit. Das vorgestellte Grundkonzept könnte eine Alternative bei der Entwicklung einfacher und kostengünstiger, aber dennoch gut einsatzfähiger bionischer Hände sein und zeigt einmal mehr, wie historische Ideen in die Gegenwart transferiert werden können.
The visualization of heart rhythm disturbance and atrial fibrillation therapy allow the optimization of new cardiac catheter ablations. With the simulation software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) electromagnetic and thermal simulations can be carried out to analyze and optimize different heart rhythm disturbance and cardiac catheters for pulmonary vein isolation. Another form of visualization is provided by haptic, three-dimensional print models. These models can be produced using an additive manufacturing method, such as a 3D printer. The aim of the study was to produce a 3D print of the Offenburg heart rhythm model with a representation of an atrial fibrillation ablation procedure to improve the visualization of simulation of cardiac catheter ablation.
The basis of 3D printing was the Offenburg heart rhythm model and the associated simulation of cryoablation of the pulmonary vein. The thermal simulation shows the pulmonary vein isolation of the left inferior pulmonary vein with the cryoballoon catheter Arctic Front AdvanceTM from Medtronic. After running through the simulation, the thermal propagation during the procedure was shown in the form of different colors. The three-dimensional print models were constructed on the base of the described simulation in a CAD program. Four different 3D printers are available for this purpose in a rapid prototyping laboratory at the University of Applied Science Offenburg. Two different printing processes were used: 1. a binder jetting printer with polymer gypsum and 2. a multi-material printer with photopolymer. A final print model with additional representation of the esophagus and internal esophagus catheter was also prepared for printing.
With the help of the thermal simulation results and the subsequent evaluation, it was possible to make a conclusion about the propagation of the cold emanating from the catheter in the myocardium and the surrounding tissue. It could be measured that already 3 mm from the balloon surface into the myocardium the temperature drops to 25 °C. The simulation model was printed using two 3D printing methods. Both methods as well as the different printing materials offer different advantages and disadvantages. While the first model made of polymer gypsum can be produced quickly and cheaply, the second model made of photopolymer takes five times longer and was twice as expensive. On the other hand, the second model offers significantly better properties and was more durable overall. All relevant parts, especially the balloon catheter and the conduction, are realistically represented. Only the thermal propagation in the form of different colors is not shown on this model.
Three-dimensional heart rhythm models as well as virtual simulations allow a very good visualization of complex cardiac rhythm therapy and atrial fibrillation treatment methods. The printed models can be used for optimization and demonstration of cryoballoon catheter ablation in patients with atrial fibrillation.
The visualization of heart rhythm disturbance and atrial fibrillation therapy allows the optimization of new cardiac catheter ablations. With the simulation software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) electromagnetic and thermal simulations can be carried out to analyze and optimize different heart rhythm disturbance and cardiac catheters for pulmonary vein isolation. Another form of visualization is provided by haptic, three-dimensional print models. These models can be produced using an additive manufacturing method, such as a 3d printer. The aim of the study was to produce a 3d print of the Offenburg heart rhythm model with a representation of an atrial fibrillation ablation procedure to improve the visualization of simulation of cardiac catheter ablation. The basis of 3d printing was the Offenburg heart rhythm model and the associated simulation of cryoablation of the pulmonary vein. The thermal simulation shows the pulmonary vein isolation of the left inferior pulmonary vein with the cryoballoon catheter Arctic Front Advance™ from Medtronic. After running through the simulation, the thermal propagation during the procedure was shown in the form of different colors. The three-dimensional print models were constructed on the base of the described simulation in a CAD program. Four different 3d printers are available for this purpose in a rapid prototyping laboratory at the University of Applied Science Offenburg. Two different printing processes were used and a final print model with additional representation of the esophagus and internal esophagus catheter was also prepared for printing. With the help of the thermal simulation results and the subsequent evaluation, it was possible to draw a conclusion about the propagation of the cold emanating from the catheter in the myocardium and the surrounding tissue. It was measured that just 3 mm from the balloon surface into the myocardium the temperature dropped to 25 °C. The simulation model was printed using two 3d printing methods. Both methods, as well as the different printing materials offer different advantages and disadvantages. All relevant parts, especially the balloon catheter and the conduction, are realistically represented. Only the thermal propagation in the form of different colors is not shown on this model. Three-dimensional heart rhythm models as well as virtual simulations allow very clear visualization of complex cardiac rhythm therapy and atrial fibrillation treatment methods. The printed models can be used for optimization and demonstration of cryoballoon catheter ablation in patients with atrial fibrillation.
The Internet of Things (IoT) application has becoming progressively in-demand, most notably for the embedded devices (ED). However, each device has its own difference in computational capabilities, memory usage, and energy resources in connecting to the Internet by using Wireless Sensor Networks (WSNs). In order for this to be achievable, the WSNs that form the bulk of the IoT implementation requires a new set of technologies and protocol that would have a defined area, in which it addresses. Thus, IPv6 Low Power Area Network (6LoWPAN) was designed by the Internet Engineering Task Force (IETF) as a standard network for ED. Nevertheless, the communication between ED and 6LoWPAN requires appropriate routing protocols for it to achieve the efficient Quality of Service (QoS). Among the protocols of 6LoWPAN network, RPL is considered to be the best protocol, however its Energy Consumption (EC) and Routing Overhead (RO) is considerably high when it is implemented in a large network. Therefore, this paper would propose the HRPL to enchance the RPL protocol in reducing the EC and RO. In this study, the researchers would present the performance of RPL and HRPL in terms of EC, Control traffic Overhead (CTO) and latency based on the simulation of the 6LoWPAN network in fixed environment using COOJA simulator. The results show HRPL protocol achieves better performance in all the tested topology in terms of EC and CTO. However, the latency of HRPL only improves in chain topology compared with RPL. We found that further research is required to study the relationship between the latency and the load of packet transmission in order to optimize the EC usage.
Radio frequency identification (RFID) antennas are popular for high frequency (HF) RFID, energy transfer and near field communication (NFC) applications. Particularly for wireless measurement systems the RFID/NFC technology is a good option to implement a wireless communication interface. In this context, the design of corresponding reader and transmitter antennas plays a major role for achieving suitable transmission quality. This work proves the feasibility of the rapid prototyping of a RFID/NFC antenna, which is used for the wireless communication and energy harvesting at the required frequency of 13.56 MHz. A novel and low-cost direct ink writing (DIW) technology utilizing highly viscous silver nanoparticle ink is used for this process. This paper describes the development and analysis of low-cost printed flexible RFID/NFC antennas on cost-effective substrates for a microelectronic vital parameter measurement system. Furthermore, we compare the measured technical parameters with existing copper-based counterparts on a FR4 substrate.
The monitoring of industrial environments ensures that highly automated processes run without interruption. However, even if the industrial machines themselves are monitored, the communication lines are currently not continuously monitored in todays installations. They are checked usually only during maintenance intervals or in case of error. In addition, the cables or connected machines usually have to be removed from the system for the duration of the test. To overcome these drawbacks, we have developed and implemented a cost-efficient and continuous signal monitoring of Ethernet-based industrial bus systems. Several methods have been developed to assess the quality of the cable. These methods can be classified to either passive or active. Active methods are not suitable if interruption of the communication is undesired. Passive methods, on the other hand, require oversampling, which calls for expensive hardware. In this paper, a novel passive method combined with undersampling targeting cost-efficient hardware is proposed.
A novel Bluetooth Low Energy advertising scan algorithm is presented for hybrid radios that are additionally capable to measure energy on Bluetooth channels, e.g. as they would need to be compliant with IEEE 802.15.4. Scanners applying this algorithm can achieve a low latency whilst consuming only a fraction of the power that existing mechanisms can achieve at a similar latency. Furthermore, the power consumption can scale with the incoming network traffic and in contrast to the existing mechanisms, scanners can operate without any frame loss given ideal network conditions. The algorithm does not require any changes to advertisers, hence, stays compatible with existing devices. Performance evaluated via simulation and experiments on real hardware shows a 37 percent lower power consumption compared to the best existing scan setting while even achieving a slightly lower latency which proves that this algorithm can be used to improve the quality of service of connection-less Bluetooth communication or reduce the connection establishment time of connection-oriented communication.
High temperature components in internal combustion engines and exhaust systems must withstand severe mechanical and thermal cyclic loads throughout their lifetime. The combination of thermal transients and mechanical load cycling results in a complex evolution of damage, leading to thermomechanical fatigue (TMF) of the material. Analytical tools are increasingly employed by designers and engineers for component durability assessment well before any hardware testing. The DTMF model for TMF life prediction, which assumes that micro-crack growth is the dominant damage mechanism, is capable of providing reliable predictions for a wide range of high-temperature components and materials in internal combustion engines. Thus far, the DTMF model has employed a local approach where surface stresses, strains, and temperatures are used to compute damage for estimating the number of cycles for a small initial defect or micro-crack to reach a critical length. In the presence of significant gradients of stresses, strains, and temperatures, the use of surface field values could lead to very conservative estimates of TMF life when compared with reported lives from hardware testing. As an approximation of gradient effects, a non-local approach of the DTMF model is applied. This approach considers through-thickness fields where the micro-crack growth law is integrated through the thickness considering these variable fields. With the help of software tools, this method is automated and applied to components with complex geometries and fields. It is shown, for the TMF life prediction of a turbocharger housing, that the gradient correction using the non-local approach leads to more realistic life predictions and can distinguish between surface cracks that may arrest or propagate through the thickness and lead to component failure.
When designing and installing Indoor Positioning Systems, several interrelated tasks have to be solved to find an optimum placement of the Access Points. For this purpose, a mathematical model for a predefined number of access points indoors is presented. Two iterative algorithms for the minimization of localization error of a mobile object are described. Both algorithms use local search technique and signal level probabilities. Previously registered signal strengths maps were used in computer simulation.
This paper presents the use of model predictive control (MPC) based approach for peak shaving application of a battery in a Photovoltaic (PV) battery system connected to a rural low voltage gird. The goals of the MPC are to shave the peaks in the PV feed-in and the grid power consumption and at the same time maximize the use of the battery. The benefit to the prosumer is from the maximum use of the self-produced electricity. The benefit to the grid is from the reduced peaks in the PV feed-in and the grid power consumption. This would allow an increase in the PV hosting and the load hosting capacity of the grid.
The paper presents the mathematical formulation of the optimal control problem
along with the cost benefit analysis. The MPC implementation scheme in the
laboratory and experiment results have also been presented. The results show
that the MPC is able to track the deviation in the weather forecast and operate
the battery by solving the optimal control problem to handle this deviation.
A Novel Approach of High Dynamic Current Control of Interior Permanent Magnet Synchronous Machines
(2019)
Harmonic-afflicted effects of permanent magnet synchronous machines with high power density are hardly faced by traditional current PI controllers, due to limited controller bandwidth. As a consequence, currents and lastly torque ripples appear. In this paper, a new deadbeat current controller architecture has been presented, which is capable to encounter the effects of these harmonics. This new control algorithm, here named “Hybrid-Deadbeat-Controller”, combines the stability and the low steady-state errors offered by common PI regulators with the high dynamic offered by the deadbeat control. Therefore, a novel control algorithm is proposed, capable of either compensating the current harmonics in order to get smoother currents or to control a varying reference value to achieve a smoother torque. The information needed to calculate the optimal reference currents is based on an online parameter estimation feeding an optimization algorithm to achieve an optimal torque output and will be investigated in future research. In order to ensure the stability of the controller over the whole area of operation even under the influence of effects changing the system’s parameter, this work as well focusses on the robustness of the “hybrid” dead beat controller.
Many sectors, like finance, medicine, manufacturing, and education, use blockchain applications to profit from the unique bundle of characteristics of this technology. Blockchain technology (BT) promises benefits in trustability, collaboration, organization, identification, credibility, and transparency. In this paper, we conduct an analysis in which we show how open science can benefit from this technology and its properties. For this, we determined the requirements of an open science ecosystem and compared them with the characteristics of BT to prove that the technology suits as an infrastructure. We also review literature and promising blockchain-based projects for open science to describe the current research situation. To this end, we examine the projects in particular for their relevance and contribution to open science and categorize them afterwards according to their primary purpose. Several of them already provide functionalities that can have a positive impact on current research workflows. So, BT offers promising possibilities for its use in science, but why is it then not used on a large-scale in that area? To answer this question, we point out various shortcomings, challenges, unanswered questions, and research potentials that we found in the literature and identified during our analysis. These topics shall serve as starting points for future research to foster the BT for open science and beyond, especially in the long-term.
Robots and automata are key elements of every vision and forecast of life in the near and distant future. However, robots and automata also have a long history, which reaches back into antiquity. Today most historians think that one of the key roles of robots and automata was to amaze or even terrify the audience: They were designed to express something mythical, magical, and not explainable. Moreover, the visions of robots and their envisioned fields of application reflect the different societies. Therefore, this short history of robotics and (especially) anthropomorphic automata aims to give an overview of several historical periods and their perspective on the topic. In a second step, this work aims to encourage readers to reflect on the recent discussion about fields of application as well as the role of robotics today and in the future.
ABSCHIED VOM AUSSEN
(2019)
The fast and cost-effective manufacturing of tools for thermoforming is an essential requirement to shorten the development time of products. Thus, additive processes are used increasingly in tooling for thermoforming of plastic sheets. However, a disadvantage of many additive methods is that they are highly cost-intensive, since complex systems based on laser technology and expensive metal powders are needed. Therefore, this paper examines how to work with favorable additive methods, e.g. Binder Jetting, to manufacture tools, which provide sufficient strength for thermoforming. The use of comparatively low-priced inkjet technology for the layer construction and a polymer plaster as material can be expected to result in significant cost reductions. Based on a case study using a cowling (engine bonnet) for an Unmanned Aerial Vehicle (UAV), the development of a complex tool for thermoforming is demonstrated. The object in this study is to produce a tool for a complex-shaped component in small numbers and high quality in a short time and at reasonable costs. Within the tooling process, integrated vacuum channels are implemented in additive tooling without the need for additional post-processing (for example, drilling). In addition, special technical challenges, such as the demolding of undercuts or the parting of the tool are explained. All process steps from tool design to the use of the additively manufactured tool are analyzed. Based on the manufacturing of a small series of cowlings for a UAV made of plastic sheets (ABS), it is shown, that the Binder Jetting offers sufficient mechanical and thermal strength for additive tooling. In addition, an economic evaluation of the tool manufacturing and a detailed consideration of the required manufacturing times for the different process steps are carried out. Finally, a comparison is made with conventional and alternative additive methods of tooling.
What emotional effects does gamification have on users who work or learn with repetitive tasks? In this work, we use biosignals to analyze these affective effects of gamification. After a brief discussion of related work, we describe the implementation of an assistive system augmenting work by projecting elements for guidance and gamification. We also show how this system can be extended to analyse users' emotions. In a user study, we analyse both biosignals (facial expressions and electrodermal activity), and regular performance measures (error rate and task completion time).
For the performance measures, the results confirm known effects like increased speed and slightly increased error rate. In addition, the analysis of the biosignals provides strong evidence for two major affective effects: the gamification of work and learning tasks incites highly significantly more positive emotions and increases emotionality altogether. The results add to the design of assistive systems, which are aware of the physical as well as the affective context.
Analyse der Anwendbarkeit des Dynamische Fähigkeiten-Konzepts am Beispiel von Großhandelsunternehmen
(2019)
Eine Anpassung aufgrund sich schnell verändernder Geschäftsumgebungen an aktuelle Gegebenheiten ist für alle Unternehmen sowohl in der freien Wirtschaft als auch staatlichen Ursprungs relevant. Diese kann durch starke dynamische Fähigkeiten der involvierten Unternehmen erfolgen. Zur Validierung des theoretischen Konzepts der dynamischen Fähigkeiten werden Großhandelsunternehmen herangezogen und deren Unternehmensaktivitäten im Hinblick auf die erste dynamische Fähigkeit in Gesprächen ermittelt. Die Ausführungen der vier Großhändler zielen in einem ersten Teil darauf ab, die grundsätzliche Anwendbarkeit des Konzepts in der Praxis zu bestätigen. In einem zweiten Teil wird analysiert in welchem Umfang sie für die betrachtete Branche beschrieben werden kann. Es zeigt sich, dass das Dynamische Fähigkeiten-Konzept nicht ohne Einschränkungen auf die Praxis übertragen werden kann, wenngleich die Ausprägungen dem Konzept zugrundeliegender Elemente bei allen Firmen ähnlich sind. Trotz dieser Ähnlichkeit konnten keine festen Muster bzw. Interdependenzen erkannt werden, die die Integration, den Aufbau und/oder die Neukonfiguration von Fähigkeiten zuverlässig fördern. Die Resultate ermöglichen es dennoch in einem letzten Teil zu beurteilen, welche Indikatoren eine Basis zur strategischen Anpassung an den Strukturwandel schaffen. Sie sind Teil der formulierten Hypothesen zu den einzelnen Elementen der ersten dynamischen Fähigkeit. Mit der Summe der Erkenntnisse konnte in gewisser Hinsicht eine Transparenz des Konzepts erreicht werden – mit Hilfe des entwickelten Interviewleitfadens kann analog zum Vorgehen in dieser Arbeit für die zweite und dritte dynamische Fähigkeit verfahren werden, sodass in einem breiteren Kontext erneut eine Aussage über die Anwendbarkeit des Konzepts getroffen werden kann.
„Die Reform kommt – stirbt das Netz?“ So titelte die Süddeutsche Zeitung bereits Mitte April 2019 in Bezug auf die sich anbahnende Urheberrechtsreform. Kaum ein anderes Rechtsgebiet ist derzeit so präsent in der Mitte der Gesellschaft angekommen und löst derart hitzige Diskussionen aus wie die anstehende Urheberrechtsreform durch den europäischen Gesetzgeber. Dabei ist es der Urheberrechtsreform in der Tat gelungen, einen ähnlichen Stellenwert für sich zu vereinnahmen wie die Einführung der lange gefürchteten Datenschutz-Grundverordnung im Jahr 2018.
Im Fokus der Debatte steht dabei insbesondere Artikel 13, der sich mittlerweile als Artikel 17 in der aktuellen Fassung der Richtlinie wiederfindet. Seine breite Aufmerksamkeit verdankt dieser dem Umstand, dass er die Meinungsfreiheit und die freie Netzkultur in erheblichem Maße einschränken könnte. Allerdings geht die gesamte Richtlinie des europäischen Gesetzgebers deutlich über Artikel 17 hinaus, sodass sich neben der breiten Bevölkerung auch weitere Adressaten ergeben, deren Rahmenbedingungen sich ändern werden.
Synergieprognosen spielen bei der Begründung von Unternehmensübernahmen regelmäßig eine wichtige Rolle. Da diese Prognosen unsicher sind, bedürfen sie einer fundierten Beurteilung, was wiederum eine offene Diskussion innerhalb von Vorstand und Aufsichtsrat voraussetzt. Solche Diskussionen sind jedoch keine Selbstverständlichkeit, da Gruppen dazu neigen, problematische Entscheidungsaspekte nicht angemessen zu würdigen. Mit dem Tornado-Diagramm wird ein Instrument vorgestellt, das diesem Effekt entgegenwirkt und die Entscheider dazu motiviert, auch ungünstige Synergieprognosen zu diskutieren. Auf diese Weise kann die Übernahmeentscheidung auf eine bessere Informationsgrundlage gestellt werden.
Intels Software Guard Extension (SGX) ist eine Technologie, die einen umfassenden Datenschutz verspricht. SGX wurde 2013 als Softwaremodell für die isolierte Ausführung von Anwendungen veröffentlicht.
Mit Intel SGX können Container in einem geschützten Speicherbereich erstellt werden. Diese Container werden Enclave genannt. Es ist nicht möglich den Speicher-
bereich der Enclave auszulesen oder in ihn zu schreiben. Die Enclave soll Integrität und Verfügbarkeit der Daten sicherstellen, auch wenn diese auf einem nicht vertrauenswürdigen Host ausgeführt werden.
In dieser Arbeit soll zunächst ein Überblick über die Funktionsweise und das Potenzial von Intel Software Guard Extension gegeben werden. Vor allem soll analysiert werden
wie Datenbanken mit Hilfe von SGX gesichert werden können und wie groß die Performance einbüßen mit SGX sind.
Aufbauend auf den Grundlagen von Intel SGX und EnclaveDB soll anschließend eine sichere Datenbank erstellt werden. Hierzu wird EnclaveDB von Microsoft analysiert und auf Basis dieser Datenbank eine neue Datenbank erschaffen, die Daten verschlüsselt in der Datenbank speichert ohne, dass diese in Klartext vom Host ausgelesen werden können. Zum Schluss wird die Performance von EnclaveDB und der erstellten Datenbank so gut es geht verglichen.
In dieser Arbeit wird die Funktionsweise, Standardisierung und Verwundbarkeit der Technologien RFID und NFC behandelt. Es wird gezeigt welche Angriffe existieren und wie man sich dagegen schützen kann. Es wird ein Überblick über einige in der Praxis verwendete Protokolle sowie deren Sicherheit gegeben. Außerdem werden grundlegende Fragen beantwortet, die man sich bei Auseinandersetzung mit dieser Technologie stellt (z.B. Reichweiten).
Apache Hadoop is a well-known open-source framework for storing and processing huge amounts of data. This paper shows the usage of the framework within a project of the university in cooperation with a semiconductor company. The goal of this project was to supplement the existing data landscape by the facilities of storing and analyzing the data on a new Apache Hadoop based platform.
Art and Photonics
(2019)
In this paper we report on our continuous efforts to apply optics and photonics in art. This results in interdisciplinary projects which sometimes lead to concrete art installations.
We presented some of these projects at the UNESCO headquarters in Paris, at the opening ceremony of the International Year of Light and the inaugural ceremony of the International Day of Light.
Some newer projects, such as “A Maze: Ingenious Pipes” and “The Power of Your Eyes,” are also presented in this paper.
More than 200 years ago, the scientist Alexander von Humboldt noted in his travel diaries that "everything is interconnectedness", when he was fascinated by nature and the phenomena observed. The view of nature has become much more detailed through the knowledge of phenomena and natural processes, which led to a more precise view of nature shaped by Humboldt. Technological progress and the artificial intelligence of highly developed computer systems are upsetting this view and changing the established world view through a new, unprecedented interaction between man and machinery. Thus we need digital axioms and comprehensive rules and laws for such autonomous acting systems that determine human interaction between cybernetic systems and biological individuals. This digital humanism should encompass our relationship to nature, our handling of the complexity and diversity of nature and the technological influences on society in order to avoid technical colonialism through supercomputers.
The TriRhenaTech alliance universities and their partners presented their competences in the field of artificial intelligence and their cross-border cooperations with the industry at the tri-national conference 'Artificial Intelligence : from Research to Application' on March 13th, 2019 in Offenburg. The TriRhenaTech alliance is a network of universities in the Upper Rhine Trinational Metropolitan Region comprising of the German universities of applied sciences in Furtwangen, Kaiserslautern, Karlsruhe, and Offenburg, the Baden-Wuerttemberg Cooperative State University Loerrach, the French university network Alsace Tech (comprised of 14 'grandes écoles' in the fields of engineering, architecture and management) and the University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland. The alliance's common goal is to reinforce the transfer of knowledge, research, and technology, as well as the cross-border mobility of students.
We present our twenty years of experience in the live broadcasting of astronomical events, with the main focus on total lunar eclipses. Our efforts were motivated by the great impact and high number of viewers of these events. Visitors from over a hundred countries watched our live broadcasts. Our viewer record was set on July 27, 2018, with the live transmission of the total lunar eclipse from the Feldberg, the highest mountain in the Black Forest, attracting nearly half a million viewers in five hours.
An especially challenging activity was the live observing of the Mercury transit on 9 May 2016, which we presented as ‘live astronomy’ with hands-on telescope. The main goal of this event was to awake our students enthusiasm for optics and astronomy.
Furthermore, we report on our experiences with the photography of optical phenomena such as polar lights and green flash.
Audio over IP
(2019)
Der Wandel im Bereich Tontechnik geht stetig weiter. Was vor über 100 Jahren begann, entwickelt sich heutzutage rasend voran. Das Ziel immer vor Augen: Ein Audiosignal soll in bestmöglichster Qualität, möglichst mit einer geringen Datenmenge, in kürzester Zeit von A nach B transportiert und anschließend konserviert werden.
Durch die Digitalisierung werden auch hier völlig neue Anwendungsbereiche und Szenarien ermöglicht, die weit über das klassische Recording oder die Studioinfrastruktur hinausgehen. Die Rede ist zum Beispiel von Klanginstallationen oder Konferenzszenarien. Audionetzwerke bieten durch die Nutzung beliebiger Quellen und Senken in der Produktionsumgebung eine signifikant flexiblere Signalverteilung, als dies noch mit klassischen Verteilern und Steckfeldern möglich war. Übertragungen und Vernetzungen in mehreren Gebäuden sind hiermit kein Problem. Allerdings unterscheidet sich diese Technologie in Punkto Stabilität, Datenrate, Netzwerk-Layer & Qualität deutlich von seinem Pendant, dem Internetstreaming.
Die Funkschnittstelle nach dem Bluetooth Standard ist heutzutage nicht mehr aus dem Consumer-Markt wegzudenken. Auch durch die zukünftige Weiterentwicklung des Prinzips von IoT (Internet of Things) wird vor allem die Bluetooth Low Energy Technologie für Unternehmen bei der Entwicklung von Geräten mehr an Bedeutung gewinnen. Um die Studierenden im Bereich der Kommunikationstechnik auf das Thema Bluetooth vorzubereiten, wird der Versuch „Kurzstreckenkommunikation nach dem Bluetooth Standard“ im Telekommunikations-Labor an der Hochschule Offenburg angeboten. Der Versuch wurde im Rahmen dieser Bachelor-Thesis an die heutigen Anforderungen angepasst.
Die nachfolgende Bachelor-Thesis beinhaltet die gesamte Laboranleitung des Versuchs, welche in die drei Teile: Theoretische Grundlagen, vorbereitende Aufgaben und der Versuchsdurchführung aufgeteilt wird. Der Versuchsanleitung folgt ein Teil mit weiteren Anmerkungen für die akademischen Mitarbeiter, welche den Versuch betreuen. Hier wird sichergestellt, dass auch in Zukunft der Versuch problemlos weiter durchgeführt werden kann. Im Anhang befinden sich die Musterlösungen für die vorbereitentenden Aufgaben und der Versuchsdurchführung.
Aufbau/Ansteuerung/Kalibrierung/Pilotierung eines Lautsprecher-Halbkreises für Lokalisationstests
(2019)
Seit September 2018 ist die Hochschule Offenburg im Besitz einer Hörkabine, in der ein Schallquellenlokalisationstest im Rahmen dieser Bachelorarbeit aufgebaut wurde. Eine Schallquellenlokalisation ist im Alltag für Normalhörende in den meisten Fällen keine Schwierigkeit. Wir Menschen sind in der Lage mit einer Genauigkeit von 1° bis 2° eine Schallquelle zu lokalisieren (Feigenspan 2017,S.624). Entfällt jedoch das Hörvermögen auf einer Seite, so verschlechtert sich die Lokalisationsfähigkeit erheb-lich. Um Schallquellen präzise lokalisieren zu können, werden optimaler Weise beide Ohren benötigt. Heutzutage gibt es viele Hörsysteme, um diverse Hörstörungen zu therapieren. Den-noch bleibt die Lokalisationsfähigkeit für Menschen mit einseitiger Taubheit, bezie hungsweise asymmetrischen Hörverlust eine Herausforderung. Ein Schallquellenlo kalisationstest findet Anwendung in der Klinik, um eine bestmögliche Versor gung/Therapie durch Hörsysteme zu gewährleisten. Ziel dieser Bachelorarbeit war der Aufbau eines Lokalisationstestes nach Leitlinien einer wissenschaftlichen Publikation, sowie die Durchführung an fünf freiwilligen Normalhörenden. Die Realisierung umfasste den Aufbau der Lautsprecher, die An-steuerung mithilfe einer externen Soundkarte und MATLAB, eine Kalibrierung der Lautsprecher und die Durchführung der Tests.
Die erste Auflage von "Ausführung von Stahlbauten" wurde – trotz ihres erheblichen Umfangs – zu einem sehr beliebten Nachschlagewerk und unverzichtbaren Praxishelfer in vielen Bereichen des Stahlbaus. Nachdem die Normen, auf die sich die erste Auflage bezieht, grundlegend überarbeitet wurden, entstand mit dem hier vorliegenden Buch auch eine aktualisierte Nachfolgeausgabe der Kommentare. Das Werk profitiert davon, dass es von den im Normungsausschuss federführenden Spezialisten ausgearbeitet wurde: Die Autoren liefern also zuverlässig die korrekten Interpretationen der Normentexte. Damit ist auch diese zweite Auflage von "Ausführung von Stahlbauten" eine gute Wahl, um mit den Normen DIN EN 1090-2 und DIN EN 1090-4 sicher und professionell arbeiten zu können. Da sich die Norm DIN EN 1090-1 aktuell in Überarbeitung befindet, ist diese nicht Teil der zweiten Auflage der Stahlbauten-Kommentare.
Auswahl von elektrischen Antriebskomponenten zur Elektrifizierung des Antriebes eines „Tuk-Tuks“
(2019)
Die vorliegende Abschlussarbeit handelt von einem Tuk-Tuk. Im Ausgangszustand ist dieses mit einem 1-Zylinder Ottomotor versehen.
Im Rahmen eines Hochschulprojektes wird dieser Motor durch einen Elektromotor ersetzt. Ziel dieser Thesis ist es, einen passenden Motor zu finden. Dabei soll eine Auslegung erarbeitet werden, die es ermöglicht, sämtliche Widerstandskräfte zu berechnen und daraus auf die notwendigen Antriebsleistungen bzw. Drehmomente zu schließen. Im Anschluss daran kann eine Aussage getroffen werden, ob der Elektromotor die gewünschten Anforderungen erfüllt.
Mit Hilfe eines Präzisionsmessplatzes soll es ermöglicht werden, automatisierte Tests mit optischen Distanzsensoren der Firma SICK durchzuführen. Hierbei handelt es sich um applikationsbezogene Vergleichsmessungen. Für die Realisierung einer erweiterbaren, automatischen Ansteuerung wird mit LabVIEW eine Software entwickelt, die unterschiedliche Distanzsensoren für Displacement Anwendungen (kurze Reichweite) einbindet. Zur Bewertung von Sensoren werden unterschiedliche Messmodi bereitgestellt. Hierbei werden motorisierte Linearachsen angesteuert, wodurch dynamische 2D-, bzw. 3D Messungen von unterschiedlichen Materialproben ermöglicht werden. Außerdem können Messergebnisse verschiedener Materialproben visuell verglichen werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, aufgenommene Messdaten zu exportieren.
Mit der realisierten Ansteuerungssoftware ist es möglich, in Zukunft Mitarbeiter der global agierenden Sales & Service Units ressourcenschonend und in einem anwendungsbezogenen Kontext in die Benutzung und Bewertung von Dis-placementsensoren einzuarbeiten. Für diese Maßnahme der betrieblichen Weiterbildung ist eine Lerneinheit konzipiert. Hier geht es hauptsächlich darum, dass Mitarbeiter die Eigenschaften und Konfigurationsmöglichkeiten von Displacementsensoren verstehen und für unterschiedliche Testobjekte anwenden. Für die Lerneinheit sind Unterrichtsmaterialien erstellt sowie ein vollständiger Unterrichtsentwurf erarbeitet. Der Unterrichtsentwurf orientiert sich an dem Perspektivenschema nach Klafki (vgl. 1994, S. 270ff.).
Medical devices accompany our everyday life and come across in situations of worse condition, in significant moments concerning the health or during routine checkups. To ensure flawless operations and error-free results it is essential to test applications and devices. High risks for patient’s health come with operating errors [33] so that the presented research project, called Professional UX, identifies signals and irritations caused by the interaction with a certain device by analyzing mimic, voice and eye tracking data during user experience tests. Besides, this paper will provide information on typical errors of interactive applications which are based on an empirical lab-based survey and the evaluated results achieved. The pictured proceeding of user experience tests and the following analysis can also be applied to other fields and serves as a support for the optimization of products and systems.
In many application domains, in particular automotives, guaranteeing a very low failure rate is crucial to meet functional and safety standards. Especially, reliable operation of memory components such as SRAM cells is of essential importance. Due to aggressive technology downscaling, process and runtime variations significantly impact manufacturing yield as well as functionality. For this reason, a thorough memory failure rate assessment is imperative for correct circuit operation and yield improvement. In this regard, Monte Carlo simulations have been used as the conventional method to estimate the variability induced failure rate of memory components. However, Monte Carlo methods become infeasible when estimating rare events such as high-sigma failure rates. To this end, Importance Sampling methods have been proposed which reduce the number of required simulations substantially. However, existing methods still suffer from inaccuracies and high computational efforts, in particular for high-sigma problems. In this paper, we fill this gap by presenting an efficient mixture Importance Sampling approach based on Bayesian optimization, which deploys a surface model of the objective function to find the most probable failure points. Its advantages include constant complexity independent of the dimensions of design space, the potential to find the global extrema, and higher trustworthiness of the estimated failure rate by accurately exploring the design space. The approach is evaluated on a 6T-SRAM cell as well as a master-slave latch based on a 28nm FDSOI process. The results show an improvement in accuracy, resulting in up to 63× better accuracy in estimating failure rates compared to the best state-of-the-art solutions on a 28nm technology node.
Angesichts des verschärften intermedialen Wettbewerbs stellt sich die Frage, wie Medienunternehmen und Verlage künftig mit ihren Print- und Digitalangeboten den Bedürfnissen ihrer Kunden gerecht werden können. Es geht dabei um die Möglichkeiten, mit Abonnementangeboten und Bundles News und journalistische Inhalte aufzubereiten und so anzubieten, dass sie einen maximalen Nutzen stiften und marktfähig sind.
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Integration von Storytelling in der Unternehmenskommunikation mittelständischer Unternehmen und analysiert, welche Bedeutung dem Einsatz von Storytelling zur Lead-Generierung, zugesprochen werden kann. Dabei wird die Wirkungsweise von Storytelling näher betrachtet und mit dem unternehmerischen Nutzen in Verbindung gebracht.
Die Arbeit bietet einen Überblick über die Kommunikationsabläufe eines Unternehmens und nimmt den Leadgenerierungsprozess unter die Lupe. Unter Berücksichtigung der besonderen Rahmenbedingungen, die sich für mittelständische Unternehmen ergeben, werden Berührungspunkte und Zusammenhänge erarbeitet, die eine Integration von Storytelling in den Leadgenerierungsprozess ermöglichen. Die Betrachtung der Rolle von Storytelling, sowohl auf der operativen als auch auf der strategischen Ebene, verdeutlicht dabei die unterschiedlichen Integrationsstufen, die sich für den Storytelling-Einsatz ergeben können. Ein abschließender Ausblick, bei dem die Herausforderungen des Mittelstandes erörtert werden, soll auf die Bedeutung des Storytellings in der nahen Zukunft eingegangen werden.
Wer sich als Pädagoge und Wissenschaftler mit dem Thema „Digitalisierung und Schule“ befasst, stellt fest, dass nur Wenige die Tragweite der beabsichtigten Transformation von Bildungseinrichtungen zu automatisierten, algorithmisch gesteuerten Lernfabriken realisieren. Dabei wird übersehen, dass mit Theorien und empirischen Modellen wie der „datengestützten Schulentwicklung“ und „Learning Analytics“ grundlegende Paradigmenwechsel verbunden sind, die das humane wie das christliche Menschenbild erschüttern. Mit Kybernetik und Behaviorismus auf der einen, mit der sogenannten „Künstlichen Intelligenz“ (KI) und darauf aufbauenden Geschäftsmodellen der Datenökonomie auf der anderen Seite, untergraben diese Beschulungsmodelle die Autonomie, das Selbstbestimmungsrecht und die Handlungsfreiheit des Menschen. Vertreter dieser Disziplinen behaupten, dass sowohl der einzelne Mensch wie Sozialgemeinschaften wie Maschinen programmiert und gesteuert werden können. Sie blenden aus, dass Mündigkeit und Selbstverantwortung das Ziel von Schule und Unterricht sind, nicht maschinell berechnete Verhaltenssteuerung und -manipulation. Diese Fehlentwicklungen sind nicht der Technik an sich geschuldet, die sich anders einsetzen ließe, sondern den Geschäftsmodellen der IT-Anbieter.
Vorgestellt wird ein Konzept zur biologischen Methanisierung von Wasserstoff direkt in Biogasreaktoren, mit dem durch Membranbegasung der Methangehalt des Biogases auf > 96 % erhöht werden kann. Essentiell zum Erreichen solch hoher Methanwerte sind die Einhaltung eines optimalen pH-Bereichs und die Vermeidung von H2-Akkumulation. Im Falle einer Limitierung der Methanbildungsrate durch den eigentlichen anaeroben Abbauprozess der Biomasse ist auch eine externe Zufuhr von CO2 zur weiteren Methanbildung denkbar. Das Verfahren soll weiter optimiert und in einem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt in der Biogasanlage einer regionalen Käserei in der Praxis getestet werden. Die hier angestrebte Kombination aus dezentraler Abfallverwertung und Eigenenergieerzeugung eines lebensmittelverarbeitenden Betriebs unter Einbindung in ein intelligentes Erneuerbare Energien - Konzept soll einen zusätzlichen Mehrwert liefern.
Brückenkurs Physik
(2019)
Dieses Lehrbuch fasst alle wesentlichen, für das Studium eines MINT-Faches relevanten Inhalte der Physik zusammen und hilft physikalisches Grundwissen aufzufrischen. Es unterstützt Studienanfänger dabei, die Routine in der konkreten Anwendung, die an der Hochschule vorausgesetzt wird, zu festigen. Dabei folgt die Stoffauswahl dem Mindestanforderungskatalog Physik, den ein Arbeitskreis aus Professoren der baden-württembergischen Hochschulen für angewandte Wissenschaften zusammengestellt hat.
Campus 2019
(2019)
Besides of conventional CAD systems, new, cloud-based CAD systems have also been available for some years. These CAD systems designed according to the principle of software as a service (SaaS) differ in some important features from the conventional CAD systems. Thus, these CAD systems are operated via a browser and it is not necessary to install the software on a computer. The CAD-data is stored in the cloud and not on a local computer or central server. This new approach should also facilitate the sharing and management of data. Finally, many of these new CAD systems are available as freeware for education purposes, so the universities can save license costs. This contribution examines newly developed, cloud-based CAD systems. In the context of a case study, the application of these new CAD systems are investigated in the training of engineers in design education. Thus, the students compare a conventional and a cloud-based CAD system as part of an exercise of designing and 3D modelling of a pinion shaft. Subsequently, the students manufacture a drawing with different views of the pinion shaft. This assessment evaluates different criteria such as user-friendliness, tutorial support and installation effort.
Occluders made of the shape memory alloy Nitinol are commonly used to close Atrial Septal Defects (ASD). Until now, standard parameters are missing defining the mechanical properties of these implants. In this study,we developed a special measuring setup for the determination of the mechanical properties of customly available occluders (i.e. Occlutech Figulla®Flex II 29ASD12 and AGA AMPLATZER™9-ASD-012
Classification of TRIZ Inventive Principles and Sub-Principles for Process Engineering Problems
(2019)
The paper proposes a classification approach of 40 Inventive Principles with an extended set of 160 sub-principles for process engineering, based on a thorough analysis of 155 process intensification technologies, 200 patent documents, 6 industrial case studies applying TRIZ, and other sources. The authors define problem-specific sub-principles groups as a more precise and productive ideation technique, adaptable for a large diversity of problem situations, and finally, examine the anticipated variety of ideation using 160 sub-principles with the help of MATCEM-IBD fields.
Protecting software from illegal access, intentional modification or reverse engineering is an inherently difficult practical problem involving code obfuscation techniques and real-time cryptographic protection of code. In traditional systems a secure element (the "dongle") is used to protect software. However, this approach suffers from several technical and economical drawbacks such as the dongle being lost or broken.
We present a system that provides such dongles as a cloud service, and more importantly, provides the required cryptographic material to control access to software functionality in real-time.
This system is developed as part of an ongoing nationally funded research project and is now entering a first trial stage with stakeholders from different industrial sectors.
With the growing share of renewable energies in the electricity supply, transmission and distribution grids have to be adapted. A profound understanding of the structural characteristics of distribution grids is essential to define suitable strategies for grid expansion. Many countries have a large number of distribution system operators (DSOs) whose standards vary widely, which contributes to coordination problems during peak load hours. This study contributes to targeted distribution grid development by classifying DSOs according to their remuneration requirement. To examine the amendment potential, structural and grid development data from 109 distribution grids in South-Western Germany, are collected, referring to publications of the respective DSOs. The resulting data base is assessed statistically to identify clusters of DSOs according to the fit of demographic requirements and grid-construction status and thus identify development needs to enable a broader use of regenerative energy resources. Three alternative algorithms are explored to manage this task. The study finds the novel Gauss-Newton algorithm optimal to analyse the fit of grid conditions to regional requirements and successfully identifies grids with remuneration needs. It is superior to the so far used K-Means algorithm. The method developed here is transferable to other areas for grid analysis and targeted, cost-efficient development.