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UN|SEEN
(2021)
Innerhalb der Bundeswehr erleiden einige Soldaten während ihrer Berufsausübung oder in Einsätzen eine posttraumatische Belastungsstörung (PTBS). Über sie als Menschen und über ihren Alltag mit der Erkrankung wird kaum gesprochen. Es ist wichtig, diesem Tabuthema entgegenzutreten, sodass in der Gesellschaft die Betroffenen verstanden, akzeptiert und angenommen werden. Die Arbeit „UN|SEEN“ setzt sich mit dieser schwierigen Thematik und den Menschen wie auch ihrer Geschichte und ihrem Leben auseinander. Im Fotobuch sind hierfür verschiedene an PTBS erkrankte Soldaten im Alltag fotografisch begleitet und interviewt wurden. Ebenso sind Fotos aus deren Bundeswehrzeit und aus Einsätzen im Buch eingebaut, welche als „Flashbacks“ dienen. „UN|SEEN“ soll den Betrachter mit diesem Thema konfrontieren, eine neue Sichtweise eröffnen und zum Handeln anregen.
Quartz crystal nanobalance (QCN) sensors are considered as powerful masssensitive sensors to determine materials in the sub-nanogram level. In this study, a single piezoelectric quartz crystal nanobalance modified with polystyrene was employed to detect benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX compounds). The frequency shift of the QCN sensor was found to be linear against the BTEX compound concentrations in the range about 1-45 mg l-1. The correlation coefficients for benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene were 0.991, 0.9977, 0.9946 and 0.9971, respectively. The principal component analysis was also utilized to process the frequency response data of the single piezoelectric crystal at different times, considering to the different adsorption-desorption dynamics of BTEX compounds. Using principal component analysis, it was found that over 90% of the data variance could still be explained by use of two principal components (PC1 and PC2). Subsequently, the successful identification of benzene and toluene was possible through the principal component analysis of the transient responses of the polystyrene modified QCN sensor. The results showed that the polystyrene-modified QCN had favorable identification and quantification performances for the BTEX compounds.
Miniaturized electrolyte–insulator–semiconductor capacitors (EISCAPs) with ultrathin gate insulators have been studied in terms of their pH-sensitive sensor characteristics: three different EISCAP systems consisting of Al–p-Si–Ta2O5(5 nm), Al–p-Si–Si3N4(1 or 2 nm)–Ta2O5 (5 nm), and Al–p-Si–SiO2(3.6 nm)–Ta2O5(5 nm) layer structures are characterized in buffer solution with different pH values by means of capacitance–voltage and constant capacitance method. The SiO2 and Si3N4 gate insulators are deposited by rapid thermal oxidation and rapid thermal nitridation, respectively, whereas the Ta2O5 film is prepared by atomic layer deposition. All EISCAP systems have a clear pH response, favoring the stacked gate insulators SiO2–Ta2O5 when considering the overall sensor characteristics, while the Si3N4(1 nm)–Ta2O5 stack delivers the largest accumulation capacitance (due to the lower equivalent oxide thickness) and a higher steepness in the slope of the capacitance–voltage curve among the studied stacked gate insulator systems.
This study addresses a proof-of-concept experiment with a biocompatible screen-printed carbon electrode deposited onto a biocompatible and biodegradable substrate, which is made of fibroin, a protein derived from silk of the Bombyx mori silkworm. To demonstrate the sensor performance, the carbon electrode is functionalized as a glucose biosensor with the enzyme glucose oxidase and encapsulated with a silicone rubber to ensure biocompatibility of the contact wires. The carbon electrode is fabricated by means of thick-film technology including a curing step to solidify the carbon paste. The influence of the curing temperature and curing time on the electrode morphology is analyzed via scanning electron microscopy. The electrochemical characterization of the glucose biosensor is performed by amperometric/voltammetric measurements of different glucose concentrations in phosphate buffer. Herein, systematic studies at applied potentials from 500 to 1200 mV to the carbon working electrode (vs the Ag/AgCl reference electrode) allow to determine the optimal working potential. Additionally, the influence of the curing parameters on the glucose sensitivity is examined over a time period of up to 361 days. The sensor shows a negligible cross-sensitivity toward ascorbic acid, noradrenaline, and adrenaline. The developed biocompatible biosensor is highly promising for future in vivo and epidermal applications.
Quantitative nuclear magnetic resonance (qNMR) is considered as a powerful tool for multicomponent mixture analysis as well as for the purity determination of single compounds. Special attention is currently paid to the training of operators and study directors involved in qNMR testing. To assure that only qualified personnel are used for sample preparation at our GxP-accredited laboratory, weighing test was proposed. Sixteen participants performed six-fold weighing of the binary mixture of dibutylated hydroxytoluene (BHT) and 1,2,4,5-tetrachloro-3-nitrobenzene (TCNB). To evaluate the quality of data analysis, all spectra were evaluated manually by a qNMR expert and using in-house developed automated routine. The results revealed that mean values are comparable and both evaluation approaches are free of systematic error. However, automated evaluation resulted in an approximately 20% increase in precision. The same findings were revealed for qNMR analysis of 32 compounds used in pharmaceutical industry. Weighing test by six-fold determination in binary mixtures and automated qNMR methodology can be recommended as efficient tools for evaluating staff proficiency. The automated qNMR method significantly increases throughput and precision of qNMR for routine measurements and extends application scope of qNMR.
Das Bachelorprojekt „Identity, Inside a Simulation“ ist eine experimentelle, fotografische Auseinandersetzung mit dem Thema Identität. In einer sich ständig weiter digitalisierenden Welt werden neue Arten der Kommunikation, auch zwischen Mensch und Maschine, ermöglicht. Diese lassen die Grenzen zwischen Realität und Simulation verschwimmen. In diesem Projekt ist die moderne Frage nach Identität mit dem aktuellen Mittel KI auf neue Darstellungsmöglichkeiten analysiert worden. Eine Arbeit, die der Frage nachgeht, wie Identität innerhalb einer simulierten Welt verstanden werden kann. Dabei werden Parallelen zu der realen Welt aufgewiesen. Visuell eröffnet die Ausstellung eine neue Sichtweise für die Nutzung aktueller Technologien und das Verständnis von der eigenen Identität.
Lifting propellers are of increasing interest for Advanced Air Mobility. All propellers and rotors are initially twisted beams, showing significant extension–twist coupling and centrifugal twisting. Torsional deformations severely impact aerodynamic performance. This paper presents a novel approach to assess different reasons for torsional deformations. A reduced-order model runs large parameter sweeps with algebraic formulations and numerical solution procedures. Generic beams represent three different propeller types for General Aviation, Commercial Aviation, and Advanced Air Mobility. Simulations include solid and hollow cross-sections made of aluminum, steel, and carbon fiber-reinforced polymer. The investigation shows that centrifugal twisting moments depend on both the elastic and initial twist. The determination of the centrifugal twisting moment solely based on the initial twist suffers from errors exceeding 5% in some cases. The nonlinear parts of the torsional rigidity do not significantly impact the overall torsional rigidity for the investigated propeller types. The extension–twist coupling related to the initial and elastic twist in combination with tension forces significantly impacts the net cross-sectional torsional loads. While the increase in torsional stiffness due to initial twist contributes to the overall stiffness for General and Commercial Aviation propellers, its contribution to the lift propeller’s stiffness is limited. The paper closes with the presentation of approximations for each effect identified as significant. Numerical evaluations are necessary to determine each effect for inhomogeneous cross-sections made of anisotropic material.
The aerodynamic performance of propellers strongly depends on their geometry and, consequently, on aeroelastic deformations. Knowledge of the extent of the impact is crucial for overall aircraft performance. An integrated simulation environment for steady aeroelastic propeller simulations is presented. The simulation environment is applied to determine the impact of elastic deformations on the aerodynamic propeller performance. The aerodynamic module includes a blade element momentum approach to calculate aerodynamic loads. The structural module is based on finite beam elements, according to Timoshenko theory, including moderate deflections. Several fixed-pitch propellers with thin-walled cross sections made of both isotropic and non-isotropic materials are investigated. The essential parameters are varied: diameter, disc loading, sweep, material, rotational, and flight velocity. The relative change of thrust between rigid and elastic blades quantifies the impact of propeller elasticity. Swept propellers of large diameters or low disc loadings can decrease the thrust significantly. High flight velocities and low material stiffness amplify this tendency. Performance calculations without consideration of propeller elasticity can lead to decreased efficiency. To avoid cost- and time-intense redesigns, propeller elasticity should be considered for swept planforms and low disc loadings.
Der konstruktive Entwurf wird in derzeitigen CAD-Systemen gut unterstützt, nicht aber der konzeptuelle Gebäude-Entwurf. Dieser abstrahiert von konstruktiven Elementen wie Linie, Wand oder Decke, um auf die Konzepte, d.h. die eigentlichen Funktionen, heraus zu arbeiten. Diese abstraktere, funktionale Sichtweise auf ein Gebäude ist während der frühen Entwurfsphase essentiell, um Struktur und Organisation des gesamten Gebäudes zu erfassen. Bereits in dieser Phase muss Fachwissen (z. B. rechtliche, ökonomische und technische Bestimmungen) berücksichtigt werden. Im Rahmen des vorliegenden Projekts werden Software-Werkzeuge integriert in industrielle CAD-Systeme entwickelt, die den konzeptuellen Gebäude-Entwurf ermöglichen und diesen gegen Fachwissen prüfen. Das Projekt ist in zwei Teile gegliedert. Im Top-Down-Ansatz werden Datenstrukturen und Methoden zur Strukturierung, Repräsentation und Evaluation von gebäudespezifischem Fachwissen erarbeitet. Dieser Teil baut auf den graphbasierten Werkzeugen PROGRES und UPGRADE des Lehrstuhls auf. Der Bottom-Up-Ansatz ist industriell orientiert und hat zum Ziel, das kommerzielle CAD-System ArchiCAD zu erweitern. Hierbei soll der frühe, konzeptuelle Gebäude-Entwurf in einem CAD-System ermöglicht werden. Der Entwurf kann darüber hinaus gegen das definierte Fachwissen geprüft werden. Im Rahmen des graphbasierten Top-Down-Ansatzes wurde zunächst eine neue Spezifikationsmethode für die Sprache PROGRES entwickelt. Das PROGRES-System erlaubt die Spezifikation von Werkzeugen in deklarativer Form. Üblicherweise wird domänenspezifisches Fachwissen in der PROGRES-Spezifikation codiert, das daraus generierte visuelle Werkzeug stellt dann die entsprechende Funktionalität zur Verfügung. Mit dieser Methode sind am Lehrstuhl für Informatik III Werkzeuge für verschie-dene Anwendungsdomänen entstanden. In unserem Fall versetzen wir einen Domänen-Experten, z. B. einen erfahrenen Architekten, in die Lage, Fachwissen zur Laufzeit einzugeben, dieses zu evaluieren, abzuändern oder zu ergänzen. Im Rahmen der bisherigen Arbeit wurde dazu eine parametrisierte PROGRES-Spezifikation und zwei darauf aufbauende Werkzeuge entwickelt, welche die dynamische Eingabe von gebäude-technisch relevantem Fachwissen erlauben und einen graphbasierten, konzeptuellen Gebäude-Entwurf ermöglichen. In diesem konzeptuellen Gebäude-Entwurf wird von Raumgrößen und Positionen abstrahiert, um die funktionale Struktur eines Gebäudes zu beschreiben. Das Fachwissen kann von einem Architekten visuell definiert werden. Es können semantische Einheiten, im einfachsten Fall Räume, nach verschiedenen Kriterien kategorisiert und klassifiziert werden. Mit Hilfe von Attributen und Relationen können die semantischen Einheiten präziser beschrieben und in Beziehung zueinander gesetzt werden. Die in PROGRES spezifizierten Konsistenz-Analysen erlauben die Prüfung eines graphbasierten konzeptuellen Gebäude-Entwurfs gegen das dynamisch eingefügte Fachwissen. Im zweiten Teil des Forschungsprojekts, dem Bottom-Up-Ansatz, wird das CAD-System ArchiCAD erweitert, um den integrierten konzeptuellen Gebäude-Entwurf zu ermöglichen. Der Architekt erhält dazu neue Entwurfselemente, die Raumobjekte, welche die relevanten semantischen Einheiten während der frühen Entwurfsphase repräsentieren. Mit Hilfe der Raumobjekte kann der Architekt in ArchiCAD den Grundriss und das Raumprogramm eines Gebäudes entwerfen, ohne von konstruktiven Details in seiner Kreativität eingeschränkt zu werden. Die Arbeitsweise mit Raumobjekten entspricht dem informellen konzeptuellen Entwurf auf einer Papierskizze und ist daher für den Architekten intuitiv und einfach zu verwenden. Durch die Integration in ArchiCAD ergibt sich eine weitere Unterstützung: Das im Top-Down-Ansatz spezifizierte Fach-wissen wird verwendet, um den konzeptuellen Gebäude-Entwurf des Architekten auf Regelverletzungen zu überprüfen. Entwurfsfehler werden angezeigt. Zum Abschluss des konzeptuellen Gebäude-Entwurfs mit Raumobjekten wird durch ein weiteres neu entwickeltes Werkzeug eine initiale Wandstruktur automatisch erzeugt, die als Grundlage für die folgenden konstruktiven Entwurfsphasen dient. Alle beschriebenen Erwei-terungen sind in ArchiCAD integriert, sie sind für den Architekten daher leicht zu erlernen und einfach zu bedienen.