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Conventionally oxygen is considering as an inhibitor of methanogenesis process. However, a studies showed that in case of anaerobic digestion process the oxygen could improve the efficiency of the process. According to that results the impact of microaeration on ex – situ hydrogenotrophic methanogenesis was tested. As a result, it was observed a microorganism, belonging to Methanobacteriales order show a good tolerance for oxygen. The process moreover is not inhibited by load of oxygen equal to 0.45% in relation to injected hydrogen. The results showed a promising future for electrolysis powered with renewable energy sources, which sources are fluctuating and often depends on natural conditions, which force process to be ran in start – stop mode. The potential oxygen contamination could be tolerated by microorganisms according to obtained results. It is opening a new way to develop electrolysis and hydrogen production process.

For most humanoid robots, falls are the predominant limiting factor affecting their applications and autonomy to move in irregular environmental conditions. A similar susceptibility to falls can also be observed in humans during various daily activities due to balance control deficits or neuromusculoskeletal disorders. Despite the remarkable adaptability of the human locomotor system, as well as recent developments in robotics, balance loss and falls persist. To gain new insights into the complex interactions between bipedal locomotion and balance loss, we linked humanoid robots and humans into humanoid systems and focused on the accurate monitoring of the locomotor segment’s kinematics. This is an essential component for detecting and assessing balance disturbances, thereby improving the robustness during bipedal locomotion. Therefore, this thesis focused on the development of an inertial measurement cluster for direct kinematic measurements of, i.e. omitting numerical differentiation, a mathematical process that greatly amplifies single noise. However, despite the aim to increase the resilience of the bipedal locomotion and thereby reduce the fall risk in humanoid systems, the methods applied in this thesis had to differ in addressing the detection and assessment of balance disturbances. Therefore, the thesis comprises three sets of studies concerning the fields of humanoid robotics, humans, and sensor uncertainty assessment. In the first theoretical study, we introduced the mathematical concept of the inertial measurement cluster with special emphasis on its impact on providing sensory feedback on detected situational loss of balance during bipedal locomotion in humanoid robots. This was achieved through a kinematics-driven framework based on robust inverse dynamics evaluation and the reduction of numerical differentiation in critical terms by directly measuring the angular acceleration vector. Subsequently, we proposed a sensor fusion algorithm to estimate both the magnitude and application line of externally applied forces on robots in theory. In the second set of studies about humans, we addressed the remote detection and assessment of trip and slip events. Therefore, the sensitivity of the proposed wearable sensor-framework system (inertial measurement cluster combined with an evaluation framework) to automatically detect balance disturbances was examined. We were able to automatically assess the balance recovery performance of individuals and resolved the well-known adaptation phenomena to repeated trip-like perturbations. Subsequently, we expanded the functional scope of the wearable sensor-framework system and provided evidence of its high accuracy in detecting and classifying balance disturbances during simulated activities of daily life. In the third set of studies, we established a multi-method framework to provide an experimental angular acceleration reference to objectively quantify the measurement uncertainty of the proposed inertial measurement cluster. Moreover, we confirmed the reference can serve as a measurement standard. Finally, based on the measurement standard, we proposed a concept for an adjustment routine to compensate for the deterministic errors of the inertial measurement cluster and confirmed a measurement uncertainty reduction. In conclusion, we established a sensor suitable for humans and humanoid robots, omitting numerical differentiation, and confirmed its significantly reduced measurement uncertainty. The proposed framework approaches based on the inertial measurement cluster were the key factors for the accurate detection of balance disturbances in humanoid robots as well as humans, highlighted by comparisons to conventional methods based on numerical differentiation. Consequently, the proposed sensor and frameworks have the potential to provide new insights into the causes of balance disturbances or factors that lead to insufficient reactive actions to prevent falls in humanoid robots and humans.

In dieser Arbeit wird die Präsenz von Kupfer, Schwefel und Chlor, Bestandteile von Pflanzenschutzmitteln, in verschiedenen Bioproben aus Weinbergen untersucht. Mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) werden luftgetrocknete und lyophilisierte Proben analysiert und verglichen. Proben von der Rinde der Reben, Ameisen und Pflanzen aus dem Randstreifen werden monatlich über einen Zeitraum von drei Monaten in Doppelbestimmung entnommen. Zudem werden Bodenproben, Weinblätter, Rebholz, Marienkäfer und Spinnen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass lyophilisierte Proben in den REM-Aufnahmen mehr Details aufweisen, insbesondere bei höherer Vergrößerung. Die REM-Aufnahmen der luftgetrockneten Bioproben zeigen ebenfalls eine hohe Qualität und liefern detaillierte Bilder. Bei den untersuchten Spinnen und Marienkäfern ist Schwefel, Chlor und Kupfer nachweisbar. Die Konzentrationen der Elemente Kupfer, Schwefel und Chlor auf der Rinde der Reben liegen unter 0,25 Massenprozent und zeigen über den Beobachtungszeitraum keinen Anstieg. In Ameisen werden Chlor- und Kupferkonzentrationen von 0,1 bis 1,5 % festgestellt. Pflanzen im Randstreifen zeigen Höchstwerte für Chlor und Kupfer von etwa 1 %. Es besteht ein Zusammenhang zwischen den nachgewiesenen Elementen und den eingesetzten Pflanzenschutzmitteln der Winzer. Die Elementanalyse des Erdbodens zeigt keinen signifikanten Unterschied zwischen Bioanbau und konventionellem Weinanbau. Schwefel, Chlor und Kupfer sind nicht nachweisbar. Im Rebenholz wird in einer Probe Chlor in einer Konzentration von etwa 1 % nachgewiesen. Im Weinstein des Bio-Weinbergs werden keine der untersuchten Elemente nachgewiesen. Zusätzlich werden Bergahorn Kallusproben analysiert, sowohl gewöhnliche als auch potenziell embryogene. Bei der Elementanalyse zeigt sich, dass ein potenziell embryogener Kallus einen erhöhten Kaliumgehalt von etwa 18 % aufweist, was ein Hinweis darauf ist, dass die Zellen tatsächlich embryogen sind. Die potenziell embryogenen Kalli unterscheiden sich in den REMAufnahmen deutlich von den gewöhnlichen Kalli. Sie sind in ihrer Struktur kompakter, was ebenfalls auf embryogene Zellen hinweist. Die Ergebnisse weisen insgesamt klare Parallelen zwischen dem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln und den nachgewiesenen Elementkonzentrationen in den Bioproben auf. Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer sorgfältigen Überwachung und Regulierung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln, um die Umweltbelastung zu minimieren, die ökologische Balance zu erhalten und dem Artensterben entgegenzuwirken.

Die Laufschuhpräferenz ist sehr komplex und durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Einflussfaktoren bestimmt. Ziel dieser Arbeit mit der konkrete Fragestellung “Warum präferieren Läufer:innen verschiedene Mittelsohlendämpfungen?” ist es, mehr über die Präferenz von Läufer:innen bezogen auf die Mittelsohlendämpfungseigenschaften von Laufschuhen herauszufinden und mögliche Trends oder Beziehungen zu identifizieren. Es werden die Hypothesen aufgestellt, dass Läufer:innen einen Schuh präferieren, weil sie mit diesem einen geringeren Energieverbrauch haben und dass Läufer:innen mit erhöhter taktiler Fußsensibilität Schuhe mit geringerer vertikaler Steifigkeit präferieren. Um diese Fragestellung zu beantworten und die Hypothesen zu untersuchen, werden submaximale Läufe von 20 Proband:innen mit Schuh-Prototypen (A, B, C), welche sich nur in ihren Mittelsohlendämpfungseigenschaften unterscheiden, auf einem instrumentierten Laufband unter einer gleichzeitigen spirometrischen Aufnahme, des aufgenommenen Sauerstoffvolumens und abgegebenen Kohelstoffdioxidvolumens, durchgeführt. Die Schuhe werden mit Bewertungsfragebögen nach der wahrgenommenen Stabilität, Dämpfung, Komfort, Laufgefühl und Ermüdung auf VAS-Skalen bewertet. Es werden die proband:innen-spezifischen Aspekte des Cost of Transport aus den Spirometriemessungen berechnet und die taktile Fußsensibilität nach dem Semmes-Weinstein-Monofilamenttest erhoben, welche in einen durchschnittlich erkannten Monofilament-Kraftwert pro Fuß verrechnet wird. Die Auswertung der Daten und Statistik erfolgt mit Excel Version 2405, MatLab 2023a und JASP Version 0.18.3.0. Mit Korrelationsuntersuchungen und linearen Regressionen der Differenzen des weniger gedämpften Schuh C minus des gedämpfteren Schuh A, dargestellt als 𝛥 𝐶 − 𝐴, sowie des durchschnittlich erkannten Monofilament-Kraftwerts werden die Einflüsse dieser Aspekte auf die gleichartig berechneten Differenzen 𝛥 𝐶 − 𝐴 der Bewertungen der Wahrnehmungsfaktoren analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass keine allgemeingültigen Aussagen der Mittelsohlenpräferenz von Läufer:innen aufgrund des Energieverbrauchs oder der taktilen Fußsensibilität, beruhend auf statistisch signifikanten Daten, getroffen werden können, jedoch mögliche Beziehungen und Trends existieren könnten.

This thesis delves into the optimization of chitin-rich mealworm residue sourced from the University of Warmia and Mazury in Olsztyn for the purpose of biogas production. The study focused on two types of mealworm residue, namely shell and frass, which represent the collected exoskeletons of the worms and the entirety of the residue from mealworm farming, respectively. Cellulase enzyme initially enhanced biogas production significantly, showing promising results with a notable increase of up to 23% from shell waste and 30% from frass substrates. These findings underscore the potential of enzymatic interventions to augment biogas production from such substrates. Subsequently, the study sought to optimize the activity of chitinase enzyme to facilitate the degradation of chitin content present in the mealworm residue. However, the Chit36-TA chitinase enzyme, exhibited no activity on the shell waste. As a result, various pretreatment methods, encompassing enzymatic, mechanical, and thermal approaches, were explored to promote chitin degradation. Despite these efforts, none of the pretreatment methods yielded significant improvements in chitin degradation. This study underscores the complexities involved in enzymatic pretreatment strategies for chitin-rich waste materials. While cellulase showed promise in enhancing biogas production, the limited efficacy of chitinase highlights the need for further research to explore alternative methods for efficient chitin degradation. Such endeavors are crucial for unlocking the full potential of mealworm residue as a valuable substrate for biogas production, thereby contributing to the sustainable management of organic waste and renewable energy generation. Finally, the application of chitinase in the biogas reactor was evaluated, revealing no positive influence on biogas production from shell substrates.