600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
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In dieser Thesis entwickelte ich ein Plugin für den dynamischen Austausch von Effekten für das WordPress Menü. Ich gehe auf die verschiedenen Vorbereitungsstufen, die Projektplanung und -durchführung ein. Am Ende wurde ein funktionaler Prototyp entwickelt, welcher den Funktionsumfang von WordPress noch weiter steigert.
Sollen soziale Roboter Teil unserer Gesellschaft werden?
Eingebettet in eine spannende Kriminalgeschichte vermittelt der Wissenschaftscomic von Oliver Korn und Jonas Grund den aktuellen Stand und Ausblick der Wissenschaft auf Social Robots.
Die Geschichte spielt in der nahen Zukunft: In einem internationalen Projekt erforschen Wissenschaftler die Anforderungen an soziale Roboter für den Gesundheitsbereich. Kurz bevor der Prototyp eines Pflegeroboters in einer Feldstudie zum Einsatz kommt, verschwindet er spurlos. In ihrem ersten großen Fall begibt sich die junge Kommissarin Kira auf eine Reise in die Welt der Wissenschaft. Dabei lernt sie viel über soziale Roboter, KI und die Welt internationaler wissenschaftlicher Kooperationen. Immer wieder kommen kritische Stimmen zu Wort: Anti-Roboter-Aktivisten protestieren gegen Automatisierung und ein Schwinden von Menschlichkeit und Empathie. Selbst in der Familie der Kommissarin wird die mögliche Pflege älterer Menschen durch Roboter kontrovers diskutiert.
Übergreifendes Ziel ist es, über alle Altersstufen hinweg Wissen aufzubauen, damit die Vor- und Nachteile dieser neuen Technologien kontrovers, aber kenntnisreich diskutiert werden können. „Soziale Roboter – ein Science Comic“ ist ein Beitrag zu einer informierten Diskussion in den Feldern Robotik, künstliche Intelligenz, Ethik und Politik und damit auch als Lehr- und Lernmittel geeignet.
Der Comic wurde für Jugendliche und Erwachsene konzipiert und gestaltet. Insbesondere aber für jene, die bisher kaum in Berührung mit sozialen Robotern und künstlicher Intelligenz gekommen sind. Eine weitere Zielgruppe sind im Gesundheitswesen tätige Personen, denn die Betreuung und Pflege älterer Menschen gelten als einer der zukünftig wichtigsten Anwendungsbereiche für soziale Roboter.
DINA4 Hochformat, Hardcover Fadenheftung, erschienen in Deutsch und Englisch. Herausgegeben im Selbstverlag Affective & Cognitive Institute (ACI), Hochschule Offenburg
Should social robots become part of our society?
Embedded in an exciting crime story, the science comic by Oliver Korn and Jonas Grund conveys the current state and outlook of science on social robots.
The story takes place in the near future: In an international project, scientists are researching the requirements for social robots for the health sector. Shortly before the prototype of a nursing robot is used in a field study, it disappears without a trace. In her first major case, the young inspector Kira embarks on a journey into the world of science. In the process, she learns a lot about social robots, AI and the world of international scientific cooperation. Again and again, critical voices are heard: anti-robot activists protest against automation and a dwindling of humanity and empathy. Even in the Commissioner's family, the possible care of elderly people by robots is controversially discussed.
The overarching goal is to build knowledge across all age groups so that the advantages and disadvantages of these new technologies can be discussed controversially but knowledgeably. "Social Robots - a Science Comic" is a contribution to an informed discussion in the fields of robotics, artificial intelligence, ethics and politics and is thus also suitable as a teaching and learning tool.
The comic was conceived and designed for young people and adults. In particular, however, for those who have hardly come into contact with social robots and artificial intelligence so far. Another target group are people working in the health care sector, because the care and nursing of elderly people are considered to be one of the most important areas of application for social robots in the future.
DINA4 portrait format, hardcover thread stitching, published in German and English. Self-published by the Affective & Cognitive Institute (ACI), Offenburg University.
Modern society is more than ever striving for digital connectivity -- everywhere and at any time, giving rise to megatrends such as the Internet of Things (IoT). Already today, 'things' communicate and interact autonomously with each other and are managed in networks. In the future, people, data, and things will be interlinked, which is also referred to as the Internet of Everything (IoE). Billions of devices will be ubiquitously present in our everyday environment and are being connected over the Internet.
As an emerging technology, printed electronics (PE) is a key enabler for the IoE offering novel device types with free form factors, new materials, and a wide range of substrates that can be flexible, transparent, as well as biodegradable. Furthermore, PE enables new degrees of freedom in circuit customizability, cost-efficiency as well as large-area fabrication at the point of use.
These unique features of PE complement conventional silicon-based technologies. Additive manufacturing processes enable the realization of many envisioned applications such as smart objects, flexible displays, wearables in health care, green electronics, to name but a few.
From the perspective of the IoE, interconnecting billions of heterogeneous devices and systems is one of the major challenges to be solved. Complex high-performance devices interact with highly specialized lightweight electronic devices, such as e.g. smartphones and smart sensors. Data is often measured, stored, and shared continuously with neighboring devices or in the cloud. Thereby, the abundance of data being collected and processed raises privacy and security concerns.
Conventional cryptographic operations are typically based on deterministic algorithms requiring high circuit and system complexity, which makes them unsuitable for lightweight devices.
Many applications do exist, where strong cryptographic operations are not required, such as e.g. in device identification and authentication. Thereby, the security level mainly depends on the quality of the entropy source and the trustworthiness of the derived keys. Statistical properties such as the uniqueness of the keys are of great importance to precisely distinguish between single entities.
In the past decades, hardware-intrinsic security, particularly physically unclonable functions (PUFs), gained a lot of attraction to provide security features for IoT devices. PUFs use their inherent variations to derive device-specific unique identifiers, comparable to fingerprints in biometry.
The potentials of this technology include the use of a true source of randomness, on demand key derivation, as well as inherent key storage.
Combining these potentials with the unique features of PE technology opens up new opportunities to bring security to lightweight electronic devices and systems. Although PE is still far from being matured and from being as reliable as silicon technology, in this thesis we show that PE-based PUFs are promising candidates to provide key derivation suitable for device identification in the IoE.
Thereby, this thesis is primarily concerned with the development, investigation, and assessment of PE-based PUFs to provide security functionalities to resource constrained printed devices and systems.
As a first contribution of this thesis, we introduce the scalable PE-based Differential Circuit PUF (DiffC-PUF) design to provide secure keys to be used in security applications for resource constrained printed devices. The DiffC-PUF is designed as a hybrid system architecture incorporating silicon-based and inkjet-printed components. We develop an embedded PUF platform to enable large-scale characterization of silicon and printed PUF cores.
In the second contribution of this thesis, we fabricate silicon PUF cores based on discrete components and perform statistical tests under realistic operating conditions. A comprehensive experimental analysis on the PUF security metrics is carried out. The results show that the silicon-based DiffC-PUF exhibits nearly ideal values for the uniqueness and reliability metrics. Furthermore, the identification capabilities of the DiffC-PUF are investigated and it is shown that additional post-processing can further improve the quality of the identification system.
In the third contribution of this thesis, we firstly introduce an evaluation workflow to simulate PE-based DiffC-PUFs, also called hybrid PUFs. Hereof, we introduce a Python-based simulation environment to investigate the characteristics and variations of printed PUF cores based on Monte Carlo (MC) simulations. The simulation results show, that the security metrics to be expected from the fabricated devices are close to ideal at the best operating point.
Secondly, we employ fabricated printed PUF cores for statistical tests under varying operating conditions including variations in ambient temperature, relative humidity, and supply voltage. The evaluations of the uniqueness, bit aliasing, and uniformity metrics are in good agreement with the simulation results. The experimentally determined mean reliability value is relatively low, which can be explained by the missing passivation and encapsulation of the printed transistors. The investigation of the identification capabilities based on the raw PUF responses shows that the pure hybrid PUF is not suitable for cryptographic applications, but qualifies for device identification tasks.
The final contribution is to switch to the perspective of an attacker. To judge on the security capabilities of the hybrid PUF, a comprehensive security analysis in the manner of a cryptanalysis is performed. The analysis of the entropy of the hybrid PUF shows that its vulnerability against model-based attacks mainly depends on the selected challenge building method. Furthermore, an attack methodology is introduced to assess the performances of different mathematical cloning attacks on the basis of eavesdropped challenge-response pairs (CRPs). To clone the hybrid PUF, a sorting algorithm is introduced and compared with commonly used supervised machine learning (ML) classifiers including logistic regression (LR), random forest (RF), as well as multi-layer perceptron (MLP).
The results show that the hybrid PUF is vulnerable against model-based attacks. The sorting algorithm benefits from shorter training times compared to the ML algorithms. If the eavesdropped CRPs are erroneous, the ML algorithms outperform the sorting algorithm.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Weiterentwicklung der Hinterradbaugruppe weiter vorangetrieben. Durch das genaue Betrachten verschiedener Sachverhalte entstehen neue Anpassungs- und Neukonstruktionen, mit dem Hauptaugenmerk der Antriebsfunktionalität und Elektrokomponentenbefestigung. Nach der Anpassung einer Ritzeladaption und einer Änderung der Elektromotoraufnahme wird der Antriebsstrang, in Form eines Kettentriebs, eingerichtet. Dazu wird der vorausgewählte Motor mit der angepassten Aufnahme verbunden und an die vordefinierte Stelle platziert. Zur Inbetriebnahme findet parallel eine Änderung der Radachsenaufnahme statt, um das Hinterrad mittig widerholbar ausrichten zu können. Unter dem Aspekt der der Sicherheit und Funktionalität erfolgt in Folge dessen die Konzipierung eines Radkatens und Kettenschutzes. Aus zeitlichen Gründen wird vorrangig das Konzept des Radkastens umgesetzt, weil diese Geometrie früher benötigt wird. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit ist die Konzipierung eines Bremsenhalters. Dazu findet zu-nächst eine Bauraumanalyse statt, diese zu einem groben Bauraummodell führt. Daraufhin werden verschiedene Topologie- und Formoptimierungen, für die Erzielung eines robusten Bremsenhalters, durchgeführt. Im letzten Teil des Arbeitsumfangs erfolgt die Ermittlung verschiedene Aufnahmekonzepte für die Elektrokomponenten. Neben einer Schubladenlösung für die Energiebox findet parallel die Anfertigung einer Batteriebox mit Schiebedeckelvariante statt. Die angefertigten Boxen sind durch die vollständige Ausarbeitung bereit für die Erstellung eines Anbindungskonzepts an die, ebenfalls neuentwickelte, Elektrokomponentenaufnahme.
PHOTOPUR hat die Entwicklung eines photokatalytischen Prozesses zur Beseitigung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) aus dem Reinigungswasser von Spritzgeräten zum Ziel. Am INES wurde eine Energieversorgung für die photokatalytische Reinigung in zwei Bachelorarbeiten entwickelt und als Demosystem aufgebaut. Das Gesamtsystem ist nun als mobile Einheit verfügbar und wurde zuletzt um das Reaktormodul für den photokatalytischen Prozeß erweitert und den Partnern für intensive Tests übergeben.
Die angestrebten Klimaschutzziele erfordern, dass Erneuerbare Energien längerfristig zur Hauptenergiequelle der Energieversorgung werden. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, ist es angebracht konventionelle und erneuerbare Energie oder noch besser nachhaltige Einzelprozesse intelligent miteinander zu verknüpfen.
Das Projekt EBIPREP wird von einer interdisziplinären Forschergruppe bestehend aus Chemikern, Prozessingenieuren und Bioprozessingenieuren sowie Physikern, die auf Sensoren und Prozesssteuerung spezialisiert sind durchgeführt. Das Ziel ist es, neue Lösungen für die Nutzungswege von Holzhackschnitzeln und den bei der mechanischen Trocknung anfallenden Holzpresssaft zu entwickeln. Neben der Hackschnitzelvergasung und der katalytischen Reinigung des Holzgases steht die Nutzung des Holzpresssafts in Biogasanlagen und bei der biotechnologischen Wertstofferzeugung, z.B. bei der Enzymherstellung, im Vordergrund.
Was wir tun?
Das EBIPREP-Projekt wird von einer interdisziplinären Forschungsgruppe durchgeführt, die sich aus Chemikern, Prozessingenieuren, Bioprozessingenieuren und Physikern zusammensetzt. Ziel ist es, neue Lösungen für den Einsatz von Hackschnitzeln und Holzpresssaft zu entwickeln, die durch ein innovatives mechanisches Trocknungsverfahren gewonnen werden. Neben der Holzvergasung und katalytischen Reinigung des Holzgases ist der Einsatz von Holzpresssaft in Biogasanlagen und in biotechnologischen Produktionsprozessen von Wertstoffen vorgesehen. Holzhackschnitzel werden thermisch vergast. Es werden Online-Sensoren entwickelt, um die relevanten Parameter der stabilisierten und optimierten Einzelprozesse auszuwerten. Die Verknüpfung von thermischen und biotechnologischer Konversionsprozessen könnte dazu beitragen, die Dimension von Biogasreaktoren erheblich zu reduzieren. Diese Tatsache wird folglich zu einer spürbaren Kostensenkung führen.
Ziele des EBIPREP-Projekts
• die Vorteile der thermischen und biologischen Umwandlung von Biomasse zu kombinieren;
• Entwicklung eines Verfahrens zur Reduzierung von Schadstoffemissionen mit innovativen Sensoren und katalytische Behandlung von Synthesegasen;
• nachhaltige Produktion biotechnologischer wertvoller Produkte
• wirtschaftliche und ökologische Analyse des Gesamtprozesses im Vergleich zu den Einzelprozessen
• Einsatz von Prozessabwässern zur Erzeugung regenerativer Energie oder biotechnologischer Wertstoffe
• Erwerb neuer Kenntnisse auf dem Gebiet der Rückgewinnungstechnik von Rückständen
• und Energieerzeugung;
• Erweiterung neuer Anwendungsfelder für innovative Sensoren und Keramik
• Schäume für Katalysatoren;
• Senkung der Kosten für die Biogasproduktion
Im geplanten Übersichtsvortrag werden die vernetzten Strukturen des Projekts EBIPREP und deren zentralen Ergebnisse vorgestellt.
Do you know that for each banana bunch the complete plant must be cut as well? Only in Brazil 440 million trees are planted annually. With an average weight of 30 kg per banana plant you can estimate about 13,5 million tons of banana residues per year. Although there exist some projects to use these residues for the production of valuable products (e.g fibers for textile and paper production) most of this organic waste material is unused and left for composting on the farmland.
The basic idea of this project is to evaluate this organic waste material for converting it to a renewable and CO2 neutral fuel. Therefore, the different parts of the banana plant (heart, leaves and pseudo stem) were analyzed regarding their biogas potential (specific biogas yield and biogas production kinetics). In further studies the effect of mechanical and enzymatic pretreatments of the different parts of the plants was investigated. This examination could then be the basis for an energetic usage of this organic residue.
The biogas batch experiments were performed according to the german guideline VDI 4630 in 2-L-Batch reactors at 37°C. As biogas substrates, the heart, the leaves and the pseudo stem of the banana plant residue with and without enzymatic/mechanical pretreatment were used.
The different parts of the banana plants result in a specific biogas production yield in the range of 260-470 norm liters per kg organic dry mass.
To determine the influence of the mechanical pretreatment (particle size 1-15 mm) on the biogas production kinetics, the kinetic constants were defined and calculated. The reduction of the particle size leads to an improved biogas production kinetics. Therefore experiments will demonstrate, if the results from the batch experiments can be converted in the continuous fed biogas reactor. The experiments of the enzymatic pretreatment are still under investigation.
Analysis of Miniaturized Printed Flexible RFID/NFC Antennas Using Different Carrier Substrates
(2020)
Antennas for Radio Frequency Identification (RFID) provide benefits for high frequencies (HF) and wireless data transmission via Near Field Communication (NFC) and many other applications. In this case, various requirements for the design of the reader and transmitter antennas must be met in order to achieve a suitable transmission quality. In this work, a miniaturized cost-effective RFID/NFC antenna for a microelectronic measurement system is designed and printed on different flexible carrier substrates using a new and low-cost Direct Ink Writing (DIW) technology. Various practical aspects such as reflection and impedance magnitude as well as the behavior of the printed RFID/NFC antennas are analyzed and compared to an identical copper-based antenna of the same size. The results are presented in this paper. Furthermore, the problems during the printing process itself on the different substrates are evaluated. The effects of the characteristics on the antenna under kink-free bending tests are examined and subsequently long-term measurements are carried out.