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Bluetooth in der Klemme
(2008)
Wireless systems for machinery safety : Requirements and solutions for wireless real time systems
(2015)
Das IoT ist ohne eingebettete Systeme undenkbar. Erst kleine und kleinste Mikrocontroller mit intelligenten Kommunikationsschnittstellen und Anbindung ans Internet ermöglichen sinnvolles und flächendeckendes Einsammeln von Daten. Doch wie kompliziert ist der Einstieg in die Embedded-Welt? Dieser Artikel gibt Einblick, wie die »Arduino-Plattform« die Einstiegshürden für eingebettete Systeme dramatisch reduzieren kann.
Low-end-Embedded-Plattformen stellen eine hohe Anforderung an die Entscheidungsfähigkeit des Entwicklers: Zum nächstgrößeren Prozessor greifen und ein Betriebssystem benutzen oder doch besser auf das Betriebssystem verzichten? Die Frage lässt sich einfach beantworten: Einen Nanokernel verwenden und das Embedded-System mit einem minimalen Footprint realisieren. Adam Dunkels Protothreads sind eine ausgesprochen effiziente Art, Mikrocontroller gut strukturiert zu programmieren und gleichzeitig auf Overhead zu verzichten. So können auch mit kleinen 8-bit-Prozessoren anspruchsvolle Aufgaben in einem Thread-Modell bearbeitet werden. Man muss also nicht immer das Rad neu erfinden oder gleich auf Linux-basierte Systeme zurückgreifen.
IoT von der Stange
(2016)
Eine SPS im Kraftfahrzeug? Das geht ja gar nicht – da gibt es doch all die Hersteller für Kfz-Steuergeräte, die konfigurierbare Hardware anbieten. Im Prinzip ja, aber leider sind gerade die Sensoren oder Aktoren nicht ansteuerbar, die der Entwickler genau für sein aktuelles Projekt benötigt. Dieser Beitrag gibt einen kleinen Einblick in neue Möglichkeiten des Rapid Prototyping für mechatronische Systeme auf der Basis von Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS).
Energietransparenz und optimierter Energieverbrauch durch ganzheitliche Automatisierungskonzepte
(2012)
Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS)
(2014)
Die Hochgradient-Magnetseparation (HGMS) stellt eine Alternative zu konventionellen Methoden der Proteinaufarbeitung wie Filtration und Chromatographie dar und dient zudem als Prozessintensivierung. Bisherige Separatoren sind für Anwendungen von mehreren Litern Prozessvolumina Fermentationsmedium und Gramm Magnetpartikel ausgelegt. Bei der Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetpartikeloberflächen ist die Verfügbarkeit großer Mengen nicht gegeben. Bisherige Filterkammern erhöhen zudem den Arbeitsaufwand und verursachen größere Partikelverluste bei Spülvorgängen oder der Reinigung aufgrund der Partikeladsorption. Für Anwendungen im Maßstab < 500 mL wird deshalb ein Miniatur-Hochgradientfilter (miniHGF) entwickelt. Das Modell wird im 3D-Drucker Makerbot Replicator 2 gefertigt und magne-isierbare Drähte zur Partikelabscheidung eingesetzt. Die Vergleichbarkeit mit einem etablierten Magnetseparator wird anhand der Aufnahme von Durchbruchskurven und Bestimmung der Filtereffizienz untersucht. Die Praxistauglichkeit mit kleinen Volumina wird in wiederholten Batch-Versuchen mit auf Magnetpartikeln immobilisiertem Enzym und einem kolorimetrischen Assay geprüft.
Optimierung der selektiven Aufarbeitung von Proteinen mit Aptamer-funktionalisierten Magnetpartikeln
(2012)
Die Herstellung pharmakologisch relevanter Proteine durch Mikroorganismen führt eine mehrstufige Aufarbeitung mit sich. Durch die Verwendung von Aptameren, kurzen einzelsträngigen DNA- oder RNA-Oligonukleotiden immobilisiert auf funktionalisierten, wiederverwendbaren Magnetpartikeln, können mehrere dieser Abtrennungsoperationen kombiniert und damit die Prozesskosten minimiert werden. Aufgrund der definierten dreidimensionalen Struktur können Aptamere kleine organische Moleküle hochspezifisch binden. Im vorgestellten Projekt wird die Aufarbeitung von His6-GFP als Modellprotein mithilfe der mit Aptamer funktionalisierten Magnetpartikel durchgeführt. In bisherigen Versuchen wurde die Bindung von Aptameren auf den magnetischen Partikeln sowie die Bindung des Modellproteins GFP auf den Partikeln optimiert. Des Weiteren wurden mehrere Strategien zur Elution des GFPs von den Partikeln verfolgt, um den Proteinertrag zu maximieren und die Partikel rezyklieren zu können. Die Untersuchung unspezifischer Bindungen von Zelltrümmern und Proteinen an die Magnetpartikel wurde mithilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops durchgeführt.
Zeitfenster : Prototyp einer animierten Installation zum Thema Mesokosmos und Lebensraum Erde
(2022)
Der Prototyp des Projekts "Zeitfenster" stellt eine Installation dar, inspiriert vom Museum für Naturkunde Berlin. Die Installation besteht aus einer Animation, die an die Fenster des Dinosauriersaals im Museum pojiziert wird. Die Animation zeigt in einer Art Zeitreise, wie das Erbe der Natur aussieht und was der Mensch daraus macht. In der Zeit des Klimawandels setzt sich Design vermehrt für die Aufklärung des Naturschutzes ein. Die Animation soll die Zuschauer, ob Jung oder Alt, für die Verbindung zwischen dem Menschen und der Erde sensibilisieren. Dies wird erreicht, indem sich die Installation die atemberaubende Atmosphäre des Dinosauriersaals zu Nutze macht. Die Fenster des Saals erlauben es, die Bildnisse in beeindruckender Lebensgröße darzustellen. Im Fokus steht, dass der Prototyp ein Erlebnis konzipiert, welches nur durch das Zusammenspiel der verschiedenen Medien möglich ist.
Energieeffizienz und Energiemanagement : ein Überblick heutiger Möglichkeiten und Notwendigkeiten
(2012)
Energieeffizienz und Energiemanagement : Ein Überblick heutiger Möglichkeiten und Notwendigkeiten
(2012)
This article discusses the contrast between the information transportation companies provide to travellers and that of their brand messaging. Companies’ brand messaging often portrays the service they provide as pleasant, stress free and perfect. Customers and users of the service, on the other hand, often describe their experience of the service as a negative one. This article suggests that the brand value would be greater if transportation companies paid more attention to the users’ experience when designing their information systems, particularly in worst case scenarios.
Monitoring-System für die Luftrettung: ergonomisches Designkonzept für den medizinischen Anwender
(2021)
Bei einem Luftrettungseinsatz hat die Herstellung der Transportfähigkeit des Patienten Priorität. Im Anschluss erfolgt das Monitoring während des Fluges.
Das Problem dabei ist: Es gibt keine einheitliche Basis zur ergonomischen Nutzung und Datenverwertung der medizinischen Geräte. Kabel, Positionierung und individuelle Displays beeinträchtigen die Anwendenden. Dies kann im schlimmsten Fall die erfolgreiche Patientenbehandlung gefährden und die Übergabe des Patienten verzögern.
Im Konzept wurden die Geräte drahtlos gestaltet. Mittels Knopfdruck am Gerät werden Daten an den Monitor übertragen. Schnell und sicher können EKG, Blutdruck, SPO2 und Temperatur gemessen und Stethoskop, Ultraschall und Videolaryngoskop verwendet werden. Ein Barcode-Scanner dokumentiert Medikamente und verbrauchte Materialien. Im Anschluss wird ein Zielkrankenhaus ausgewählt, die Ankunftszeit angezeigt und Daten protokolliert und übertragen.
DNA-hybridization detection using light-addressable potentiometric sensor modified with gold layer
(2014)
A multi-spot (4 × 4 spots) light-addressable potentiometric sensor (MLAPS) consisting of an Al–p-Si–SiO2 structure has been applied for the label-free electrical detection of DNA (deoxyribonucleic acid) immobilization and hybridization by the intrinsic molecular charge for the first time. Single-stranded probe ssDNA molecules (20 bases) were covalently immobilized onto the silanized SiO2 gate surface. The unspecific adsorption of mismatch ssDNA on the MLAPS gate surface was blocked by bovine serum albumin molecules. To reduce the screening effect and to achieve a high sensor signal, the measurements were performed in a low ionic-strength solution. The photocurrent–voltage (I–V) curves were simultaneously recorded on all 16 spots after each surface functionalization step. Large shifts of I–V curves of 25 mV were registered after the DNA immobilization and hybridization event. In contrast, a small potential shift (∼5 mV) was observed in case of mismatch ssDNA, revealing good specificity of the sensor. The obtained results demonstrate the potential of the MLAPS as promising transducer platform for the multi-spot label-free electrical detection of DNA molecules by their intrinsic molecular charge.
A multi-spot (16 spots) light-addressable potentiometric sensor (MLAPS) consisting of an Al–p-Si–SiO2 structure modified with a weak polyelectrolyte layer of PAH (poly(allylamine hydrochloride)) was applied for the label-free electrical detection of DNA (deoxyribonucleic acid) immobilization and hybridization by the intrinsic molecular charge for the first time. To achieve a preferentially flat orientation of DNA strands and thus, to reduce the distance between the DNA charge and MLAPS surface, the negatively charged probe single-stranded DNAs (ssDNA) were electrostatically adsorbed onto the positively charged PAH layer using a simple layer-by-layer (LbL) technique. In this way, more DNA charge can be positioned within the Debye length, yielding a higher sensor signal. The surface potential changes in each spot induced due to the surface modification steps (PAH adsorption, probe ssDNA immobilization, hybridization with complementary target DNA (cDNA), non-specific adsorption of mismatched ssDNA) were determined from the shifts of photocurrent–voltage curves along the voltage axis. A high sensor signal of 83 mV was registered after immobilization of probe ssDNA onto the PAH layer. The hybridization signal increases from 5 mV to 32 mV with increasing the concentration of cDNA from 0.1 nM to 5 μM. In contrast, a small signal of 5 mV was recorded in the case of non-specific adsorption of fully mismatched ssDNA (5 μM). The obtained results demonstrate the potential of the MLAPS in combination with the simple and rapid LbL immobilization technique as a promising platform for the future development of multi-spot light-addressable label-free DNA chips with direct electrical readout.
A multi-spot light-addressable potentiometric sensor (LAPS), which belongs to the family of semiconductor field-effect devices, was applied for label-free detection of double-stranded deoxyribonucleic acid (dsDNA) molecules by their intrinsic molecular charge. To reduce the distance between the DNA charge and sensor surface and thus, to enhance the electrostatic coupling between the dsDNA molecules and the LAPS, the negatively charged dsDNA molecules were electrostatically adsorbed onto the gate surface of the LAPS covered with a positively charged weak polyelectrolyte layer of PAH (poly(allylamine hydrochloride)). The surface potential changes in each spot of the LAPS, induced by the layer-by-layer adsorption of a PAH/dsDNA bilayer, were recorded by means of photocurrent-voltage and constant-photocurrent measurements. In addition, the surface morphology of the gate surface before and after consecutive electrostatic adsorption of PAH and dsDNA layers was studied by atomic force microscopy measurements. Moreover, fluorescence microscopy was used to verify the successful adsorption of dsDNA molecules onto the PAH-modified LAPS surface. A high sensor signal of 25 mV was registered after adsorption of 10 nM dsDNA molecules. The lower detection limit is down to 0.1 nM dsDNA. The obtained results demonstrate that the PAH-modified LAPS device provides a convenient and rapid platform for the direct label-free electrical detection of in-solution hybridized dsDNA molecules.
An application of a scanning light-addressable potentiometric sensor for label-free DNA detection
(2013)
In diesem Beitrag geht es um die Integration von Stoffströmen einer Lignocellulose-Bioraffinerie in Verfahren zur Batterieherstellung. Pflanzliche Reststoffe aus der Biokraftstoffherstellung wie Lignin sollen zur Herstellung neuer Batteriematerialien verwendet werden. Hierbei wird das Lignin als Matrix für die vorgraphitischen C-haltigen Einlagerungsverbindungen in den Elektroden genutzt. Die Si-C-Komposite werden durch das Einbetten von Si in eine Ligninmatrix mit anschließender Carbonisierung hergestellt. Das Lignin hierfür wird durch die sequentielle hydrothermale Vorbehandlung von Buchenholz bei variablen Bedingungen gewonnen und mit Si-Nanopartikel sowie als Referenz ohne Si-Nanopartikel gefällt. Die Ergebnisse zeigen, dass die sequenzielle Vorbehandlung höhere Ausbeuten im Vergleich zum LHW- oder Organosolv-Aufschluss liefert. Um eine Anode herzustellen, wurde das resultierende Si–C-Kompositmaterial carbonisiert, auf einen Stromsammler aufgetragen und elektro-chemisch charakterisiert. Der Einfluss der Vorbehandlungsschritte auf den Herstellungsprozess und die ökonomische Bewertung des untersuchten Bioraffinerie-Prozesses wurde mithilfe eines Stoffstrommodells analysiert.
The composition of plant biomass varies depending on the feedstock and pre-treatment conditions and influences its processing in biorefineries. In order to ensure optimal process conditions, the quantitative proportion of the main polymeric components of the pre-treated biomass has to be determined. Current standard procedures for biomass compositional analysis are complex, the measurements are afflicted with errors and therefore often not comparable. Hence, new powerful analytical methods are urgently required to characterize biomass. In this contribution, Differential Scanning Calorimetry (DSC) was applied in combination with multivariate data analysis (MVA) to detect the cellulose content of the plant biomass pretreated by Liquid Hot Water (LHW) and Organosolv processes under various conditions. Unlike conventional techniques, the developed analytic method enables the accurate quantification of monosaccharide content of the plant biomass without any previous sample preparation. It is easy to handle and avoids errors in sample preparation.
Analyse von Lignocellulose mittels dynamischer Differenzkalorimetrie und Infrarot – Spektrometrie
(2015)
Technisches Zeichnen : Lösungsvorschläge für das Selbststudium. (Berichte aus dem Maschinenbau)
(2012)
Smart pixel : photonic mixer device (PMD) ; new system concept of a 3D-imaging camera-on-a-chip
(1998)
Explorer CEOs: The effect of CEO career variety on large firms’ relative exploration orientation
(2018)
Prior studies demonstrate that firms need to make smart trade-off decisions between exploration and exploitation activities in order to increase performance. Chief executive officers (CEOs) are principal decision makers of a firm’s strategic posture. In this study, we theorize and empirically examine how relative exploration orientation of large publicly listed firms varies based on the career variety of their CEOs – that is, how diverse the professional experiences of executives were prior to them becoming CEOs. We further argue that the heterogeneity and structure of the top management team moderates the impact of CEO career variety on firms’ relative exploration orientation. Based on multisource secondary data for 318 S&P 500 firms from 2005 to 2015, we find that CEO career variety is positively associated with relative exploration orientation.
Interestingly, CEOs with high career varieties appear to be less effective in pursuing exploration, when they work with highly heterogeneous and structurally interdependent top management teams.
This contribution discusses the utilization of RF power in an MRI system with RF mode shimming which enables the superposition of circularly polarized modes of a transmit RF coil array driven by a Butler matrix. Since the required power for the individual modes can vary widely, mode-shimming can result in a significant underutilization of the total available RF power. A variable power combiner (VPC) is proposed to improve the power utilization: it can be realized as a reconfiguration of the MRI transmit system by the inclusion of one additional matrix network which receives the power from all transmit amplifiers at its input ports and provides any desired (combined) power distribution at its output ports by controlling the phase and amplitude of the amplifiers’ input signals. The power distribution at the output ports of the VPC is then fed into the “mode” ports of the coil array Butler matrix in order to superimpose the spatial modes at the highest achievable power utilization. The VPC configuration is compared to the standard configuration of the transmit chain of our MRI system with 8 transmit channels and 16 coils. In realistic scenarios, improved power utilization was achieved from 17% to 60% and from 14% to 55% for an elliptical phantom and a region of interest in the abdomen, respectively, and an increase of the power utilization of 1 dB for a region of interest in the upper leg. In general, it is found that the VPC allows significant improvement in power utilization when the shimming solution demands only a few modes to be energized, while the technique can yield loss in power utilization in cases with many modes required at high power level.
In Zeiten der COVID-19-Pandemie ist die Aufklärung der Bevölkerung, besonders in Hygiene- und Gesundheitsfragen, wichtiger denn je. Das Deutsche Hygiene-Museum macht sich genau das zur Aufgabe. Unter Einbeziehung des Museumsprofils „Das Museum vom Menschen“ und der Architektur zwischen Bauhaus und Neoklassizismus erhält das Museum ein neues Erscheinungsbild. Dabei wird der Sammlungsaspekt gezielt visualisiert, denn das Museum zeichnet sich durch einen umfangreichen Sammlungsbestand aus. Die heterogene Sammlungsbreite macht es europaweit zu einem Unikat. Da das Museum einen Teil des Gesundheitssystems darstellt, ist das überwiegend rot gehaltene Corporate Design und die Wort-Bild-Marke eine Anlehnung an das Deutsche Rote Kreuz. Das medienübergreifende Erscheinungsbild unterstreicht somit die Werte und Besonderheiten des Museums und hat zusätzlich den Auftrag, über Hygiene und Gesundheit aufzuklären.
The light-addressable potentiometric sensor (LAPS) and scanning photo-induced impedance microscopy (SPIM) are two closely related methods to visualise the distributions of chemical species and impedance, respectively, at the interface between the sensing surface and the sample solution. They both have the same field-effect structure based on a semiconductor, which allows spatially resolved and label-free measurement of chemical species and impedance in the form of a photocurrent signal generated by a scanning light beam. In this article, the principles and various operation modes of LAPS and SPIM, functionalisation of the sensing surface for measuring various species, LAPS-based chemical imaging and high-resolution sensors based on silicon-on-sapphire substrates are described and discussed, focusing on their technical details and prospective applications.
The light-addressable potentiometric sensor (LAPS) is an electrochemical sensor with a field-effect structure to detect the variation of the Nernst potential at its sensor surface, the measured area on which is defined by illumination. Thanks to this light-addressability, the LAPS can be applied to chemical imaging sensor systems, which can visualize the two-dimensional distribution of a particular target ion on the sensor surface. Chemical imaging sensor systems are expected to be useful for analysis of reaction and diffusion in various electrochemical and biological samples. Recent developments of LAPS-based chemical imaging sensor systems, in terms of the spatial resolution, measurement speed, image quality, miniaturization and integration with microfluidic devices, are summarized and discussed.
The artificial olfactory image was proposed by Lundström et al. in 1991 as a new strategy for an electronic nose system which generated a two-dimensional mapping to be interpreted as a fingerprint of the detected gas species. The potential distribution generated by the catalytic metals integrated into a semiconductor field-effect structure was read as a photocurrent signal generated by scanning light pulses. The impact of the proposed technology spread beyond gas sensing, inspiring the development of various imaging modalities based on the light addressing of field-effect structures to obtain spatial maps of pH distribution, ions, molecules, and impedance, and these modalities have been applied in both biological and non-biological systems. These light-addressing technologies have been further developed to realize the position control of a faradaic current on the electrode surface for localized electrochemical reactions and amperometric measurements, as well as the actuation of liquids in microfluidic devices.
Light-addressable potentiometric sensors for quantitative spatial imaging of chemical species
(2017)
A light-addressable potentiometric sensor (LAPS) is a semiconductor-based chemical sensor, in which a measurement site on the sensing surface is defined by illumination. This light addressability can be applied to visualize the spatial distribution of pH or the concentration of a specific chemical species, with potential applications in the fields of chemistry, materials science, biology, and medicine. In this review, the features of this chemical imaging sensor technology are compared with those of other technologies. Instrumentation, principles of operation, and various measurement modes of chemical imaging sensor systems are described. The review discusses and summarizes state-of-the-art technologies, especially with regard to the spatial resolution and measurement speed; for example, a high spatial resolution in a submicron range and a readout speed in the range of several tens of thousands of pixels per second have been achieved with the LAPS. The possibility of combining this technology with microfluidic devices and other potential future developments are discussed.
Concentrated Solar Power (CSP) systems are able to store energy cost-effectively in their integrated thermal energy storage (TES). By intelligently combining Photovoltaics (PV) systems with CSP, a further cost reduction of solar power plants is expected, as well as an increase in dispatchability and flexibility of power generation. PV-powered Resistance Heaters (RH) can be deployed to raise the temperature of the molten salt hot storage from 385 °C up to 565 °C in a Parabolic Trough Collector (PTC) plant. To avoid freezing and decomposition of molten salt, the temperature distribution in the electrical resistance heater is investigated in the present study. For this purpose, a RH has been modeled and CFD simulations have been performed. The simulation results show that the hottest regions occur on the electric rod surface behind the last baffle. A technical optimization was performed by adjusting three parameters: Shell-baffle clearance, electric rod-baffle clearance and number of baffles. After the technical optimization was carried out, the temperature difference between the maximum temperature and the average outlet temperature of the salt is within the acceptable limits, thus critical salt decomposition has been avoided. Additionally, the CFD simulations results were analyzed and compared with results obtained with a one-dimensional model in Modelica.