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Analysis and computation of the transmission eigenvalues with a conductive boundary condition
(2022)
We provide a new analytical and computational study of the transmission eigenvalues with a conductive boundary condition. These eigenvalues are derived from the scalar inverse scattering problem for an inhomogeneous material with a conductive boundary condition. The goal is to study how these eigenvalues depend on the material parameters in order to estimate the refractive index. The analytical questions we study are: deriving Faber–Krahn type lower bounds, the discreteness and limiting behavior of the transmission eigenvalues as the conductivity tends to infinity for a sign changing contrast. We also provide a numerical study of a new boundary integral equation for computing the eigenvalues. Lastly, using the limiting behavior we will numerically estimate the refractive index from the eigenvalues provided the conductivity is sufficiently large but unknown.
Das Ziel des INTERREG-Projektes „SHAREuregio“ (FKZ: 34.EFRE-0300134)
ist es, grenzüberschreitende Mobilität in der Euregio Rhein-Maas-Nord zu
ermöglichen und zu fördern. Dazu soll ein elektromobiles Car- und Bikesharing-
System entwickelt und in der Stadt Mönchengladbach, im Kreis Viersen
sowie in den Gemeinden Roermond und Venlo (beide NL) zusammen mit den
Partnern Wirtschaftsförderung Mönchengladbach, Wirtschaftsförderung für den
Kreis Viersen, NEW AG, Goodmoovs (NL), Greenflux (NL) und der FH Aachen
implementiert werden. Zunächst richtet sich das Angebot, bestehend aus 40
Elektroautos und 40 Elektrofahrrädern, an Unternehmen und wird nach einer
Erprobungsphase, mit einer größeren Anzahl an Fahrzeugen, auch für Privatpersonen
verfügbar gemacht werden. Die Fahrzeuge stehen bei den jeweiligen
Anwendungspartnern in Deutschland und den Niederlanden.
Im Rahmen dieses Projektes hat die FH Aachen „FlexSHARE“ entwickelt
– ein methodisches Framework zur innovativen Gestaltung urbaner Sharing-
Angebote. Das Framework ermöglicht es, anhand von messbaren Kenngrößen,
bedarfsgerechte und auf die Region abgestimmte Sharing-Systeme zu entwickeln.
The recently discovered first hyperbolic objects passing through the Solar System, 1I/’Oumuamua and 2I/Borisov, have raised the question about near term missions to Interstellar Objects. In situ spacecraft exploration of these objects will allow the direct determination of both their structure and their chemical and isotopic composition, enabling an entirely new way of studying small bodies from outside our solar system. In this paper, we map various Interstellar Object classes to mission types, demonstrating that missions to a range of Interstellar Object classes are feasible, using existing or near-term technology. We describe flyby, rendezvous and sample return missions to interstellar objects, showing various ways to explore these bodies characterizing their surface, dynamics, structure and composition. Their direct exploration will constrain their formation and history, situating them within the dynamical and chemical evolution of the Galaxy. These mission types also provide the opportunity to explore solar system bodies and perform measurements in the far outer solar system.
Die Arbeit „Modularität im Caravaning“ befasst sich mit der konzeptionellen und gestalterischen Ausarbeitung eines Interior-Systems nach dem Vorbild modularer Bauweise für die Anwendung in mobilen Reisewägen.
Das Projekt steht im Kontext einer Diskrepanz zwischen den unflexiblen Ausstattungen gängiger Reisewägen und den Nutzeranforderungen nach einer anpassungsfähigen Einrichtung.
Die Lebenszeit eines Wohnwagens liegt im Durchschnitt zwischen 25-30 Jahren. In dieser Zeitspanne durchlaufen die Nutzer unterschiedliche Lebensphasen, aus denen sich neue Nutzungsszenarien ergeben können. Die festverklebten und verschraubten Einrichtungen bestehender Caravankonzepte stehen einer flexiblen Umgestaltung des Innenraumes nach den Bedürfnissen der Nutzer jedoch entgegen und erschweren darüber hinaus Reparaturen und das Recycling am Produktlebensende.
Die Covid-19 Pandemie hat den Caravan-Trend weiterhin verstärkt. Die Digitalisierung und eine ortsungebundene Arbeit schafft neue Nutzungsszenarien in dem der Caravan als Office-Camper zum Einsatz kommt.
Das Interior-system „CAMO“ ermöglicht es Nutzern Veränderungen des Innenraumes vorzunehmen, indem Modulkörper gemäß einer Rasterung in dem Innenraum an Boden- und Wandschienen flexibel angeordnet und befestigt werden können.
Die Nutzer gewinnen mehr Autonomie in der Mitgestaltung des Umfeldes, indem er das Interior nach seinen Bedürfnissen anpassen kann. Die trennbaren Modulbaukörper aus recycelfähigen Materialien ermöglichen überdies eine verbesserte Reparierbarkeit und erleichtern die Zurückführung in den Stoffkreislauf am Produktlebensende.
Das modulare Interior-System „CAMO“ beantwortet das Bedürfnis nach einer flexiblen Inneneinrichtung, die sich an die wandelnden Nutzungsszenarien anpasst.
Exposure to prolonged periods in microgravity is associated with deconditioning of the musculoskeletal system due to chronic changes in mechanical stimulation. Given astronauts will operate on the Lunar surface for extended periods of time, it is critical to quantify both external (e.g., ground reaction forces) and internal (e.g., joint reaction forces) loads of relevant movements performed during Lunar missions. Such knowledge is key to predict musculoskeletal deconditioning and determine appropriate exercise countermeasures associated with extended exposure to hypogravity.
Upcoming gasoline engines should run with a larger number of fuels beginning from petrol over methanol up to gas by a wide range of compression ratios and a homogeneous charge. In this article, the microwave (MW) spark plug, based on a high-speed frequency hopping system, is introduced as a solution, which can support a nitrogen compression ratio up to 1:39 in a chamber and more. First, an overview of the high-speed frequency hopping MW ignition and operation system as well as the large number of applications are presented. Both gives an understanding of this new base technology for MW plasma generation. Focus of the theoretical part is the explanation of the internal construction of the spark plug, on the achievable of the high voltage generation as well as the high efficiency to hold the plasma. In detail, the development process starting with circuit simulations and ending with the numerical multiphysics field simulations is described. The concept is evaluated with a reference prototype covering the frequency range between 2.40 and 2.48 GHz and working over a large power range from 20 to 200 W. A larger number of different measurements starting by vector hot-S11 measurements and ending by combined working scenarios out of hot temperature, high pressure and charge motion are winding up the article. The limits for the successful pressure tests were given by the pressure chamber. Pressures ranged from 1 to 39 bar and charge motion up to 25 m/s as well as temperatures from 30◦ to 125◦.
Industrial production systems are facing radical change in multiple dimensions. This change is caused by technological developments and the digital transformation of production, as well as the call for political and social change to facilitate a transformation toward sustainability. These changes affect both the capabilities of production systems and companies and the design of higher education and educational programs. Given the high uncertainty in the likelihood of occurrence and the technical, economic, and societal impacts of these concepts, we conducted a technology foresight study, in the form of a real-time Delphi analysis, to derive reliable future scenarios featuring the next generation of manufacturing systems. This chapter presents the capabilities dimension and describes each projection in detail, offering current case study examples and discussing related research, as well as implications for policy makers and firms. Specifically, we discuss the benefits of capturing expert knowledge and making it accessible to newcomers, especially in highly specialized industries. The experts argue that in order to cope with the challenges and circumstances of today’s world, students must already during their education at university learn how to work with AI and other technologies. This means that study programs must change and that universities must adapt their structural aspects to meet the needs of the students.
Carbon nanofiber nonwovens represent a powerful class of materials with prospective application in filtration technology or as electrodes with high surface area in batteries, fuel cells, and supercapacitors. While new precursor-to-carbon conversion processes have been explored to overcome productivity restrictions for carbon fiber tows, alternatives for the two-step thermal conversion of polyacrylonitrile precursors into carbon fiber nonwovens are absent. In this work, we develop a continuous roll-to-roll stabilization process using an atmospheric pressure microwave plasma jet. We explore the influence of various plasma-jet parameters on the morphology of the nonwoven and compare the stabilized nonwoven to thermally stabilized samples using scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry, and infrared spectroscopy. We show that stabilization with a non-equilibrium plasma-jet can be twice as productive as the conventional thermal stabilization in a convection furnace, while producing electrodes of comparable electrochemical performance.
Atmospheric pressure plasma-jet treatment of PAN-nonwovens—carbonization of nanofiber electrodes
(2022)
Carbon nanofibers are produced from dielectric polymer precursors such as polyacrylonitrile (PAN). Carbonized nanofiber nonwovens show high surface area and good electrical conductivity, rendering these fiber materials interesting for application as electrodes in batteries, fuel cells, and supercapacitors. However, thermal processing is slow and costly, which is why new processing techniques have been explored for carbon fiber tows. Alternatives for the conversion of PAN-precursors into carbon fiber nonwovens are scarce. Here, we utilize an atmospheric pressure plasma jet to conduct carbonization of stabilized PAN nanofiber nonwovens. We explore the influence of various processing parameters on the conductivity and degree of carbonization of the converted nanofiber material. The precursor fibers are converted by plasma-jet treatment to carbon fiber nonwovens within seconds, by which they develop a rough surface making subsequent surface activation processes obsolete. The resulting carbon nanofiber nonwovens are applied as supercapacitor electrodes and examined by cyclic voltammetry and impedance spectroscopy. Nonwovens that are carbonized within 60 s show capacitances of up to 5 F g⁻¹.
Solar thermal concentrated power is an emerging technology that provides clean electricity for the growing energy market. To the solar thermal concentrated power plant systems belong the parabolic trough, the Fresnel collector, the solar dish, and the central receiver system.
For high-concentration solar collector systems, optical and thermal analysis is essential. There exist a number of measurement techniques and systems for the optical and thermal characterization of the efficiency of solar thermal concentrated systems.
For each system, structure, components, and specific characteristics types are described. The chapter presents additionally an outline for the calculation of system performance and operation and maintenance topics. One main focus is set to the models of components and their construction details as well as different types on the market. In the later part of this article, different criteria for the choice of technology are analyzed in detail.
Concentrating solar power
(2022)
The focus of this chapter is the production of power and the use of the heat produced from concentrated solar thermal power (CSP) systems.
The chapter starts with the general theoretical principles of concentrating systems including the description of the concentration ratio, the energy and mass balance. The power conversion systems is the main part where solar-only operation and the increase in operational hours.
Solar-only operation include the use of steam turbines, gas turbines, organic Rankine cycles and solar dishes. The operational hours can be increased with hybridization and with storage.
Another important topic is the cogeneration where solar cooling, desalination and of heat usage is described.
Many examples of commercial CSP power plants as well as research facilities from the past as well as current installed and in operation are described in detail.
The chapter closes with economic and environmental aspects and with the future potential of the development of CSP around the world.
Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI), Aachen University of Applied Sciences, and B&B-AGEMA GmbH have investigated the potential of low NOx micro-mix (MMX) hydrogen combustion and its application to an industrial gas turbine combustor. Engine demonstration tests of a MMX combustor for the M1A-17 gas turbine with a co-generation system were conducted in the hydrogen-fueled power generation plant in Kobe City, Japan.
This paper presents the results of the commissioning test and the combined heat and power (CHP) supply demonstration. In the commissioning test, grid interconnection, loading tests and load cut-off tests were successfully conducted. All measurement results satisfied the Japanese environmental regulation values. Dust and soot as well as SOx were not detected. The NOx emissions were below 84 ppmv at 15 % O2. The noise level at the site boundary was below 60 dB. The vibration at the site boundary was below 45 dB.
During the combined heat and power supply demonstration, heat and power were supplied to neighboring public facilities with the MMX combustion technology and 100 % hydrogen fuel. The electric power output reached 1800 kW at which the NOx emissions were 72 ppmv at 15 % O2, and 60 %RH. Combustion instabilities were not observed. The gas turbine efficiency was improved by about 1 % compared to a non-premixed type combustor with water injection as NOx reduction method. During a total equivalent operation time of 1040 hours, all combustor parts, the M1A-17 gas turbine as such, and the co-generation system were without any issues.
Der Mensch in seinen Welten – das Konzept des Rautenstrauch Joest Museums verfolgt den Ansatz des Kulturvergleichs und strebt im Zuge dessen die Betonung der Ebenbürtigkeit aller Kulturen an. Die Sammlung unterteilt sich nicht – wie gewohnt – anhand geografischer Gesichtspunkte, sondern behandelt Themen, die Menschen auf der ganzen Welt beschäftigen. Das in dieser Arbeit gestaltete neue Erscheinungsbild greift den veränderten gesellschaftlichen Stellenwert von ethnologischen Museen auf und positioniert das Museum als aktiven Diskussionsteilnehmer im Zuge des Postkolonialismus. Das entwickelte Key-Visual aus eigener Schrift, einheitlicher Rastersystematik und prägnantem Farbkonzept gibt einen Einblick darin, wie Menschen früher probiert haben, ihre Welt zu verstehen und sie zu erschließen.
Wiegand-Modul
(2022)
Ein Wiegand-Modul (110;210;310) umfassend- eine Sensorspule (112;212;312),- einen ersten Wiegand-Draht (116a;216a;316a), der zumindest teilweise innerhalb der Sensorspule (112;212;312) angeordnet ist, und- einen zweiten Wiegand-Draht (116b;216b;316b), der zumindest teilweise innerhalb der Sensorspule (112;212;312) angeordnet ist und sich im Wesentlichen parallel zu dem ersten Wiegand-Draht (116a;216a;316a) erstreckt, ist bekannt.Um eine effiziente Ausnutzung der durch die Ummagnetisierung der Wiegand-Drähte (116a,116b;216a,216b;316a,316b) in die Sensorspule (112;212;312) induzierten elektrischen Energie zu ermöglichen, sind der erste Wiegand-Draht (116a;216a;316a) und der zweite Wiegand-Draht (116b;216b;316b) bezogen auf eine axiale Richtung der Sensorspule (112;212;312) versetzt zueinander angeordnet.
Kouyou : Ort im Raum
(2022)
Selbstliebe, der Moment der Ruhe, sich eine mentale Pause erlauben und von allem bewusst abzuschalten, sind aktuelle Themen unserer Gesellschaft. Die Zeit, in der wir leben, bewegt sich in einer Geschwindigkeit, die alle unsere Sinne überlastet und uns nicht mehr erlaubt, selbst zuzuhören oder volle Momente der Ruhe zu erleben. Thema der Bachelorarbeit ist der Entwurf eines Sitzmöbels, welches inspiriert ist durch die sakralische Architektur. Der Stuhl soll das Gefühl von Umformung und Leichtigkeit vermitteln. Er ist aus Eiche gebaut und unterstützt den Menschen in seiner bewussten Sitzhaltung. Die Eiche ist ein Baum, der für Kraft, Durchhaltevermögen und Gerechtigkeit steht. Es heißt auch, wenn man eine Eiche sieht, sie umarmen soll, da sie heilende Kräfte hat. Hier ist aber die Eiche, die den Menschen symbolisch umarmen soll, wenn man auf ihr sitzt. Und somit spielen Architektur, Möbel und der Mensch eine spielende Rolle, und zwar ist es die menschliche Haltung im Raum.
Nach drei Jahren ist der Anblick der beigen Kommode doch etwas langweilig geworden und es steht ein Tapetenwechsel an? Das ist noch lange kein Grund, neue Möbel kaufen zu müssen. Mit dem „BOBBI“-Regal lässt sich das Farbkonzept des Möbelstücks fortlaufend anpassen. Das reduzierte Grundgestell basiert auf einem einfachen Stecksystem und ermöglicht nicht nur einen schnellen, intuitiven Aufbau, sondern auch eine modulare Erweiterung des Regalsystems. Eintönig? Nein Danke! Zeitloses, langlebiges Design muss nicht schlicht und farblos sein! Der Schlüssel liegt in der Individualisierbarkeit. Mithilfe einer einfachen textilen Bespannungstechnik passt der Kunde das Gerüst nach seinen Vorstellungen an. Auf diese Weise kann der Charakter des Möbelstücks nicht nur farblich, sondern auch strukturell regelmäßig verändert werden und trägt zu einer nachhaltigen und achtsamen Raumgestaltung bei.
With proven impact of statistical fracture analysis on fracture classifications, it is desirable to minimize the manual work and to maximize repeatability of this approach. We address this with an algorithm that reduces the manual effort to segmentation, fragment identification and reduction. The fracture edge detection and heat map generation are performed automatically. With the same input, the algorithm always delivers the same output. The tool transforms one intact template consecutively onto each fractured specimen by linear least square optimization, detects the fragment edges in the template and then superimposes them to generate a fracture probability heat map.
We hypothesized that the algorithm runs faster than the manual evaluation and with low (< 5 mm) deviation. We tested the hypothesis in 10 fractured proximal humeri and found that it performs with good accuracy (2.5 mm ± 2.4 mm averaged Euclidean distance) and speed (23 times faster). When applied to a distal humerus, a tibia plateau, and a scaphoid fracture, the run times were low (1–2 min), and the detected edges correct by visual judgement. In the geometrically complex acetabulum, at a run time of 78 min some outliers were considered acceptable. An automatically generated fracture probability heat map based on 50 proximal humerus fractures matches the areas of high risk of fracture reported in medical literature.
Such automation of the fracture analysis method is advantageous and could be extended to reduce the manual effort even further.
Digitalisierung macht’s möglich: mittlerweile beziehen sich Designer:innen in ihrer Konzeptentwicklung immer häufiger auf Referenzdesigns. Sie picken sich die Eigenschaften aus ihnen heraus, von denen sie sich die größte Marktfähigkeit versprechen, und basteln sie zu einem neuen Produkt zusammen. Voilà.
Doch wie unkonventionell kann Design noch sein? Wie viel Luft bleibt der Kreativität unter dem immer enger geschnürten Korsett der Marktfähigkeit?
Alexej Kaspor eröffnet die Diskussion mit einem provokanten Projekt, das einen kritischen Blick in die Zukunft des Industriedesigns wirft.
Dazu fasst er gängige Designprogramme in einer Software zusammen und verbindet sie mit einer künstlichen Intelligenz, die die aktuelle Entwicklung digital rationalisieren und auf die Spitze treiben soll.
Diese führt Meta-Analysen über das Nutzungsverhalten durch und prüft damit Frameworks von Referenzdesigns auf ihre Vermarktbarkeit. Aus diesen entwickelt sie dann Gestaltungsvorschläge, ohne beim Seiltanz zwischen Trendhörigkeit und Scheinindividualismus aus dem Gleichgewicht zu kommen. Innerhalb von Sekunden werden den Designer:innen perfekte Vorschläge übers Metaverse simuliert. Auf dem Silbertablett serviert, übersichtlich und gefährlich einfach. Bereit, kombiniert und in Produktion gebracht zu werden.
Auch mit dem Tracking der KI kann niemand mithalten: um immer am Puls der Zeit zu bleiben, benachrichtigt sie die Designer:innen in Echtzeit über die neuesten Innovationen und Trends.
Ressourcenraubendes Herumprobieren in CAD-Programmen gehört also der Vergangenheit an. Das Programm schafft Abhilfe, und verspricht dabei auch noch die höchste Effizienz, konkret: garantiertes Kapital.
Schlagende Argumente, die die Schwächen der Konsumgesellschaft und Kommerzialisierung gezielt ausgenutzen. Es entsteht die perfekte Marketingmaßnahme, ein genialer Treiber für den Turbokapitalismus. Kram, den niemand braucht und zynische Statussymbole inklusive.
Der Stolz der geltungsbedürftigen Designer:innen wird dabei selbstverständlich nicht untergraben. Sie sollen mitziehen. Mit zahlreichen Notches wird der Erfolg und die Konkurrenzfähigkeit des Produkts prognostiziert und ihnen Honig ums Maul geschmiert.
Die beklemmende Vorahnung wird sich bestätigen. Schritt für Schritt enteignet die KI den Designer:innen ihre Kreativität, bis sie nicht mehr sind als die Kurator:innen berechenbarer Produktkonzepte. Der Spätkapitalismus hat sie in der Mangel.
Versprochen: diese Arbeit lässt niemanden kalt.
The development and operation of hybrid or purely electrically powered aircraft in regional air mobility is a significant challenge for the entire aviation sector. This technology is expected to lead to substantial advances in flight performance, energy efficiency, reliability, safety, noise reduction, and exhaust emissions. Nevertheless, any consumed energy results in heat or carbon dioxide emissions and limited electric energy storage capabilities suppress commercial use. Therefore, the significant challenges to achieving eco-efficient aviation are increased aircraft efficiency, the development of new energy storage technologies, and the optimization of flight operations. Two major approaches for higher eco-efficiency are identified: The first one, is to take horizontal and vertical atmospheric motion phenomena into account. Where, in particular, atmospheric waves hold exciting potential. The second one is the use of the regeneration ability of electric aircraft. The fusion of both strategies is expected to improve efficiency. The objective is to reduce energy consumption during flight while not neglecting commercial usability and convenient flight characteristics. Therefore, an optimized control problem based on a general aviation class aircraft has to be developed and validated by flight experiments. The formulated approach enables a development of detailed knowledge of the potential and limitations of optimizing flight missions, considering the capability of regeneration and atmospheric influences to increase efficiency and range.
Providing healthcare services frequently involves cognitively demanding tasks, including diagnoses and analyses as well as complex decisions about treatments and therapy. From a global perspective, ethically significant inequalities exist between regions where the expert knowledge required for these tasks is scarce or abundant. One possible strategy to diminish such inequalities and increase healthcare opportunities in expert-scarce settings is to provide healthcare solutions involving digital technologies that do not necessarily require the presence of a human expert, e.g., in the form of artificial intelligent decision-support systems (AI-DSS). Such algorithmic decision-making, however, is mostly developed in resource- and expert-abundant settings to support healthcare experts in their work. As a practical consequence, the normative standards and requirements for such algorithmic decision-making in healthcare require the technology to be at least as explainable as the decisions made by the experts themselves. The goal of providing healthcare in settings where resources and expertise are scarce might come with a normative pull to lower the normative standards of using digital technologies in order to provide at least some healthcare in the first place. We scrutinize this tendency to lower standards in particular settings from a normative perspective, distinguish between different types of absolute and relative, local and global standards of explainability, and conclude by defending an ambitious and practicable standard of local relative explainability.