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In this work, we report on our attempt to design and implement an early introduction to basic robotics principles for children at kindergarten age. One of the main challenges of this effort is to explain complex robotics contents in a way that pre-school children could follow the basic principles and ideas using examples from their world of experience. What sets apart our effort from other work is that part of the lecturing is actually done by a robot itself and that a quiz at the end of the lesson is done using robots as well. The humanoid robot Pepper from Softbank, which is a great platform for human–robot interaction experiments, was used to present a lecture on robotics by reading out the contents to the children making use of its speech synthesis capability. A quiz in a Runaround-game-show style after the lecture activated the children to recap the contents they acquired about how mobile robots work in principle. In this quiz, two LEGO Mindstorm EV3 robots were used to implement a strongly interactive scenario. Besides the thrill of being exposed to a mobile robot that would also react to the children, they were very excited and at the same time very concentrated. We got very positive feedback from the children as well as from their educators. To the best of our knowledge, this is one of only few attempts to use a robot like Pepper not as a tele-teaching tool, but as the teacher itself in order to engage pre-school children with complex robotics contents.
Sleep scoring is a necessary and time-consuming task in sleep studies. In animal models (such as mice) or in humans, automating this tedious process promises to facilitate long-term studies and to promote sleep biology as a data-driven f ield. We introduce a deep neural network model that is able to predict different states of consciousness (Wake, Non-REM, REM) in mice from EEG and EMG recordings with excellent scoring results for out-of-sample data. Predictions are made on epochs of 4 seconds length, and epochs are classified as artifactfree or not. The model architecture draws on recent advances in deep learning and in convolutional neural networks research. In contrast to previous approaches towards automated sleep scoring, our model does not rely on manually defined features of the data but learns predictive features automatically. We expect deep learning models like ours to become widely applied in different fields, automating many repetitive cognitive tasks that were previously difficult to tackle.
For pelvic floor disorders that cannot be treated with non-surgical procedures, minimally invasive surgery has become a more frequent and safer repair procedure. More than 20 million prosthetic meshes are implanted each year worldwide. The simple selection of a single synthetic mesh construction for any level and type of pelvic floor dysfunctions without adopting the design to specific requirements increase the risks for mesh related complications. Adverse events are closely related to chronic foreign body reaction, with enhanced formation of scar tissue around the surgical meshes, manifested as pain, mesh erosion in adjacent structures (with organ tissue cut), mesh shrinkage, mesh rejection and eventually recurrence. Such events, especially scar formation depend on effective porosity of the mesh, which decreases discontinuously at a critical stretch when pore areas decrease making the surgical reconstruction ineffective that further augments the re-operation costs. The extent of fibrotic reaction is increased with higher amount of foreign body material, larger surface, small pore size or with inadequate textile elasticity. Standardized studies of different meshes are essential to evaluate influencing factors for the failure and success of the reconstruction. Measurements of elasticity and tensile strength have to consider the mesh anisotropy as result of the textile structure. An appropriate mesh then should show some integration with limited scar reaction and preserved pores that are filled with local fat tissue. This chapter reviews various tissue reactions to different monofilament mesh implants that are used for incontinence and hernia repairs and study their mechanical behavior. This helps to predict the functional and biological outcomes after tissue reinforcement with meshes and permits further optimization of the meshes for the specific indications to improve the success of the surgical treatment.
Wireless CAN
(2018)
Das vorgestellte System zu Wireless CAN bietet die Möglichkeit, CAN kabellos zu übertragen. Beide vorgestellten und entwickelten Konzepte funktionieren korrekt und ermöglichen den Auf-bau von kabellosen CAN Schnittstellen. Durch den kleinen Aufbau kann diese Technologie auch für eingebettete Systeme verwendet werden. Zudem bietet dieser Ansatz die Möglichkeit, durch die Entwicklung von geeigneten ICs die Größe des Systems bis auf Bauteilgröße zu reduzieren, um eine noch bessere Integration in eingebettete Systeme zu ermöglichen. Dadurch wird die Technologie attraktiv für Einsatzgebiete, wo die oben aufgelisteten Vorteile zum Tragen kommen können. Diese Einsatzgebiete können sowohl im Automobil als auch im Industriebereich liegen.
Das Kopplungsverbot fristete – obwohl in rechtswissenschaftlicher Literatur seit jeher diskutiert – unter der Geltung des BDSG ein Schattendasein. Mit der Datenschutz-Grundverordnung (DS-GVO) ist eine Änderung absehbar: Der neue Art. EWG_DSGVO Artikel 7 Abs. EWG_DSGVO Artikel 7 Absatz 4 DS-GVO stellt klar, dass die Leistungserbringung nicht von der Einwilligungserteilung abhängig gemacht werden darf. Doch dieses scheinbare Novum des Datenschutzrechts wirft zahlreiche Fragen auf. Während vor allem Vertreter der unternehmerischen Praxis die Anwendung des Kopplungsverbots in zahlreichen Konstellationen ablehnen, beschwören dessen Apologeten das Ende sämtlicher „datenfinanzierten“ Dienste herauf. Der vorliegende Beitrag gibt Einblick in die Regelungstiefe einer Norm, die das Web 2.0 revolutionieren könnte, und schlägt eine Lösung vor, die dem Schutz der Privatsphäre des Betroffenen und den wirtschaftlichen Interessen von Diensteanbietern gleichermaßen gerecht wird.
The terms bioeconomy and biorefineries are used for a variety of processes and developments. This short introduction is intended to provide a delimitation and clarification of the terminology as well as a classification of current biorefinery concepts. The basic process diagrams of the most important biorefinery types are shown.
Die Erfindung betrifft ein Bussystem enthaltend Busleitungen, an denen eine Anzahl von Busteilnehmern über einen Transceiver anschließbar sind, wobei der Transceiver eine bidirektionale Kommunikation zwischen mindestens zwei Busteilnehmern bewirkt, wobei auf einer busabgewandten Seite des Transceivers sich an denselben eine Zwischenbrückeneinheit anschließt, die mindestens zwei Sender-/Empfänger-Paare enthaltend jeweils einen Sender und einen Empfänger aufweist, wobei der Sender einen Senderoszillator, eine Amplituden- und/oder Phasen- und/oder Frequenzmodulator sowie eine Antenne aufweist und wobei der Empfänger einen Mischer aufweisenden Demodulator sowie eine Antenne aufweist, wobei ein erstes Sender-/Empfänger-Paar über eine Funkschnittstelle mit dem zweiten Sender-/Empfänger-Paar miteinander gekoppelt sind.
To train end users how to interact with digital systems is indispensable to ensure a strong computer security. 'Competence Developing Game'-based approaches are particularly suitable for this purpose because of their motivation-and simulation-aspects. In this paper the Competence Developing Game 'GHOST' for cybersecurity awareness trainings and its underlying patterns are described. Accordingly, requirements for an 'Competence Developing Game' based training are discussed. Based on these requirements it is shown how a game can fulfill these requirements. A supplementary game interaction design and a corresponding evaluation study is shown. The combination of training requirements and interaction design is used to create a 'Competence Developing Game'-based training concept. A part of these concept is implemented into a playable prototype that serves around one hour of play respectively training time. This prototype is used to perform an evaluation of the game and training aspects of the awareness training. Thereby, the quality of the game aspect and the effectiveness of the training aspect are shown.
Datenschutz und der 25.5.2018, wie ein Damoklesschwert scheinen beide Begriffe zurzeit im Raum zu stehe. Jeder weiß oder sollte zumindest um das Inkrafttreten der europäischen DSGVO am 25.5.2018 wissen. Viel wurde über wesentliche Neuerungen im Datenschutzrecht berichtet. Nicht zuletzt über gesteigerte organisatorische Anforderungen, Dokumentationspflichten und drohende Bußgelder. Doch was bedeuten diese Neuerungen ganz konkret für die Praxis des Steuerberaters? Anders als man vermuten könnte, werden die datenschutzrechtlichen Neuerungen nicht nur im Bereich der Kanzleiorganisation relevant. Auch im Steuerverwaltungsverfahren sieht sich der Steuerberater datenschutzrechtlichen Fragestellungen gegenüber, bspw. dann, wenn die Finanzbehörden bei der Verarbeitung der personenbezogenen Daten des Mandanten gegen die DSGVO verstoßen. Gleiches gilt in Bereichen des Beschäftigtendatenschutzes. Sowohl der Kanzleiinhaber selbst, als auch seine Arbeitgeber-Mandanten haben die Vorschriften des Beschäftigtendatenschutzes einzuhalten. Der Steuerberater benötigt datenschutzrechtliches Know How, welches unmittelbar seine tägliche Praxis betrifft. Andernfalls besteht das Risiko, dass dieser mit mehr Fragen, als Antworten zurück bleibt.
An amperometric bi-enzyme biosensor based on substrate recycling principle for the amplification of the sensor signal has been developed for the detection of adrenaline in blood. Adrenaline can be used as biomarker verifying successful adrenal venous sampling procedure. The adrenaline biosensor has been realized via modification of a galvanic oxygen sensor with a bi-enzyme membrane combining a genetically modified laccase and a pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase. The measurement conditions such as pH value and temperature were optimized to enhance the sensor performance. A high sensitivity and a low detection limit of about 0.5–1 nM adrenaline have been achieved in phosphate buffer at pH 7.4, relevant for measurements in blood samples. The sensitivity of the biosensor to other catecholamines such as noradrenaline, dopamine and dobutamine has been studied. Finally, the sensor has been successfully applied for the detection of adrenaline in human blood plasma.
Enzyme und Biosensorik
(2018)
Enzymbasierte Biosensoren finden seit mehr als fünf Jahrzehnten einen prosperierenden Wachstumsmarkt und werden zunehmend auch in biotechnologischen Prozessen eingesetzt. In diesem Kapitel werden, ausgehend vom Sensorbegriff und typischen Kenngrößen für Biosensoren (Abschn. 18.1), elektrochemische Enzym-Biosensoren vorgestellt und deren typischen Einsatzgebiete diskutiert (Abschn. 18.2). Ein Blick über den „Tellerrand“ hinaus zeigt alternative Transduktorprinzipien (Abschn. 18.3) und führt abschließend in aktuelle Forschungstrends ein (Abschn. 18.4).
Die Rechtsfigur der gemeinsamen Verantwortlichkeit beschäftigt die datenschutzrechtliche Literatur seit Langem. Die Bestimmung der Verantwortlichkeit bei arbeitsteiligen Verarbeitungsverfahren, welche vor allem bei heutigen Plattformdiensten üblich sind, ist komplex: Stets sind mehrere Akteure beteiligt und in der Regel werden durch die Handlung eines Beteiligten mehrere Verarbeitungsschritte ausgelöst. Nun hat sich der EuGH in einem in mehrfacher Hinsicht bemerkenswerten Urteil geäußert.
A field-effect biosensor employing tobacco mosaic virus (TMV) particles as scaffolds for enzyme immobilization is presented. Nanotubular TMV scaffolds allow a dense immobilization of precisely positioned enzymes with retained activity. To demonstrate feasibility of this new strategy, a penicillin sensor has been developed by coupling a penicillinase with virus particles as a model system. The developed field-effect penicillin biosensor consists of an Al-p-Si-SiO₂-Ta₂O₅-TMV structure and has been electrochemically characterized in buffer solutions containing different concentrations of penicillin G. In addition, the morphology of the biosensor surface with virus particles was characterized by scanning electron microscopy and atomic force microscopy methods. The sensors possessed a high penicillin sensitivity of ~ 92 mV/dec in a nearly-linear range from 0.1 mM to 10 mM, and a low detection limit of about 50 µM. The long-term stability of the penicillin biosensor was periodically tested over a time period of about one year without any significant loss of sensitivity. The biosensor has also been successfully applied for penicillin detection in bovine milk samples.
Phase Repeatable Synthesizers as a New Harmonic Phase Standard for Nonlinear Network Analysis
(2018)
Cupriavidus necator H16 gains increasing attention in microbial research and biotechnological application due to its diverse metabolic features. Here we present a tightly controlled gene expression system for C. necator including the pBBR1-vector that contains hybrid promoters originating from C. necator native tolC-promoter in combination with a synthetic tetO-operator. The expression of the reporter gene from these plasmids relies on the addition of the exogenous inducer doxycycline (dc). The novel expression system offers a combination of advantageous features as; (i) high and dose-dependent recombinant protein production, (ii) tight control with a high dynamic range (On/Off ratio), which makes it applicable for harmful pathways or for toxic protein production, (iii) comparable cheap inducer (doxycycline, dc), (iv) effective at low inducer concentration, that makes it useful for large scale application, (v) rapid, diffusion controlled induction, and (vi) the inducer does not interfere within the cell metabolism. As applications of the expression system in C. necator H16, the growth ability on glycerol was enhanced by constitutively expressing the E. coli glpk gene-encoding for glycerol kinase. Likewise, we used the system to overcome the expression toxicity of mevalonate pathway in C. necator H16. With this system, the mevalonate-genes were successfully introduced in the host and the recombinant strains could produce about 200 mg/l mevalonate.
Nach einem intensiven politischen Diskurs wurde im vergangenen Jahr die Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) verabschiedet. Die DSGVO ersetzt zum 25.5.2018 die bislang geltende, aus dem Jahre 1995 stammende Datenschutz-Richtlinie 95/46/EG. Die Novellierung des Datenschutzrechts bringt zahlreiche neue Anforderungen mit sich. Unternehmen sind daher gezwungen, sich auf die Änderungen einzustellen, ihre datenschutzrelevanten Prozesse im Hinblick auf die neuen Anforderungen zu überprüfen und bis zum Mai 2018 an der DSGVO auszurichten. Der Beitrag gibt einen kurzen Überblick über die zentralen Aspekte der Datenschutzreform und die damit einhergehenden Herausforderungen für Unternehmen.
Magnetic detection structure for Lab-on-Chip applications based on the frequency mixing technique
(2018)
A magnetic frequency mixing technique with a set of miniaturized planar coils was investigated for use with a completely integrated Lab-on-Chip (LoC) pathogen sensing system. The system allows the detection and quantification of superparamagnetic beads. Additionally, in terms of magnetic nanoparticle characterization ability, the system can be used for immunoassays using the beads as markers. Analytical calculations and simulations for both excitation and pick-up coils are presented; the goal was to investigate the miniaturization of simple and cost-effective planar spiral coils. Following these calculations, a Printed Circuit Board (PCB) prototype was designed, manufactured, and tested for limit of detection, linear response, and validation of theoretical concepts. Using the magnetic frequency mixing technique, a limit of detection of 15 µg/mL of 20 nm core-sized nanoparticles was achieved without any shielding.
Die Geschichte des Designs ist gesäumt von Auseinandersetzungen. Debattiert wird unter Berufsgenossen, in Interessensverbänden, zwischen Wettbewerbern und nicht zuletzt an Hochschulen; als Foren dienen zum Beispiel Zeitungen, Konferenzen oder Gerichtssäle. Doch welche Gründe gibt es für Streit über Design? Die Kontroversen beschränken sich keineswegs auf die Ästhetik von Artefakten. Auch haben wir es trotz der Vielfalt an Streitfällen nicht mit einem unüberschaubaren Feld von zusammenhanglosen Einzelereignissen zu tun. Wie das vorliegende Buch anhand historischer Kontroversen zeigt, lassen sich im Bereich der Gestaltung Streitkategorien identifizieren. Die Diskursanalyse verrät, dass sich die Konfliktursachen im Verlauf der Designhistorie kaum verändern. So haben die angeführten Dispute erstaunliche Ähnlichkeit mit aktuellen Debatten im Fach. Sie sind Lehrstücke und können dazu anregen, eine Streitkultur im Design zu etablieren, die sich davon distanziert, den Meinungsgegner in ein politisches Lager zu ›verräumen‹.
Prosthetic textile implants of different shapes, sizes and polymers are used to correct the apical prolapse after hysterectomy (removal of the uterus). The selection of the implant before or during minimally invasive surgery depends on the patient’s anatomical defect, intended function after reconstruction and most importantly the surgeon’s preference. Weakness or damage of the supporting tissues during childbirth, menopause or previous pelvic surgeries may put females in higher risk of prolapse. Numerical simulations of reconstructed pelvic floor with weakened tissues and organ supported by textile product models: DynaMesh®-PRS soft, DynaMesh®-PRP soft and DynaMesh®-CESA from FEG Textiletechnik mbH, Germany are compared.
Das strikt anaerobe Bakterium Clostridium acetobutylicum bildet die Lösemittel Aceton, Butanol und Ethanol (ABE-Fermentation). Im Fall einer Eisenlimitierung kommt es zusätzlich zu einer Riboflavinsekretion (RF), was durch die gelbe Färbung des Kulturüberstands erkennbar ist. In dieser Arbeit wurde beobachtet, dass während Elektrofermentationen mit C. acetobutylicum bei –600 mV eine gelbe Färbung auftritt. Es wurde deshalb untersucht, ob eine Eisenlimitierung im bio-elektrochemischen System (BES) vorliegt. Hierzu wurden die Flavinspezien bei Kultivierungen in Medien mit einer Eisenlimitierung bzw. mit ausreichend Eisen in Serumflaschen sowie im BES mit und ohne angelegtem Potenzial verglichen. In den Serumflaschenversuchen wurden RF und Flavinadenindinukleotid (FAD)-Konzentrationen von ‡ 20 mg L⁻¹ sowie Flavinmononukleotid (FMN)-Konzentrationen von ca. 5 mg L⁻¹ detektiert. Bei ausreichender Eisenverfügbarkeit hingegen wurden in den Serumflaschen fast keine Flavine sekretiert. Im BES bei –600 mV hingegen wurde auch in diesen Kulturüberständen FMN und FAD (1–5 mg L⁻¹ ),jedoch kein RF gemessen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Flavinbildung im BES mit angelegtem Potenzial nicht mit der Flavinbildung unter Eisenlimitierung in Serumflaschen korreliert. Andere Faktoren für eine mögliche Flavinbildung werden aktuell näher betrachtet.
Heavy-duty trucks are one of the main contributors to greenhouse gas emissions in German traffic. Drivetrain electrification is an option to reduce tailpipe emissions by increasing energy conversion efficiency. To evaluate the vehicle’s environmental impacts, it is necessary to consider the entire life cycle. In addition to the daily use, it is also necessary to include the impact of production and disposal. This study presents the comparative life cycle analysis of a parallel hybrid and a conventional heavy-duty truck in long-haul operation. Assuming a uniform vehicle glider, only the differing parts of both drivetrains are taken into account to calculate the environmental burdens of the production. The use phase is modeled by a backward simulation in MATLAB/Simulink considering a characteristic driving cycle. A break-even analysis is conducted to show at what mileage the larger CO2eq emissions due to the production of the electric drivetrain are compensated. The effect of parameter variation on the break-even mileage is investigated by a sensitivity analysis. The results of this analysis show the difference in CO2eq/t km is negative, indicating that the hybrid vehicle releases 4.34 g CO2eq/t km over a lifetime fewer emissions compared to the diesel truck. The break-even analysis also emphasizes the advantages of the electrified drivetrain, compensating the larger emissions generated during production after already a distance of 15,800 km (approx. 1.5 months of operation time). The intersection coordinates, distance, and CO2eq, strongly depend on fuel, emissions for battery production and the driving profile, which lead to nearly all parameter variations showing an increase in break-even distance.
The porosity of surgical meshes makes them flexible for large elastic deformation and establishes the healing conditions of good tissue in growth. The biomechanic modeling of orthotropic and compressible materials requires new materials models and simulstaneoaus fit of deformation in the load direction as well as trannsversely to to load. This nonlinear modeling can be achieved by an optical deformation measurement. At the same time the full field deformation measurement allows the dermination of the change of porosity with deformation. Also the socalled effective porosity, which has been defined to asses the tisssue interatcion with the mesh implants, can be determined from the global deformation of the surgical meshes.