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This study analyses the expected utilization of an urban distribution grid under high penetration of photovoltaic and e-mobility with charging infrastructure on a residential level. The grid utilization and the corresponding power flow are evaluated, while varying the control strategies and photovoltaic installed capacity in different scenarios. Four scenarios are used to analyze the impact of e-mobility. The individual mobility demand is modelled based on the largest German studies on mobility “Mobilität in Deutschland”, which is carried out every 5 years. To estimate the ramp-up of photovoltaic generation, a potential analysis of the roof surfaces in the supply area is carried out via an evaluation of an open solar potential study. The photovoltaic feed-in time series is derived individually for each installed system in a resolution of 15 min. The residential consumption is estimated using historical smart meter data, which are collected in London between 2012 and 2014. For a realistic charging demand, each residential household decides daily on the state of charge if their vehicle requires to be charged. The resulting charging time series depends on the underlying behavior scenario. Market prices and mobility demand are therefore used as scenario input parameters for a utility function based on the current state of charge to model individual behavior. The aggregated electricity demand is the starting point of the power flow calculation. The evaluation is carried out for an urban region with approximately 3100 residents. The analysis shows that increased penetration of photovoltaics combined with a flexible and adaptive charging strategy can maximize PV usage and reduce the need for congestion-related intervention by the grid operator by reducing the amount of kWh charged from the grid by 30% which reduces the average price of a charged kWh by 35% to 14 ct/kWh from 21.8 ct/kWh without PV optimization. The resulting grid congestions are managed by implementing an intelligent price or control signal. The analysis took place using data from a real German grid with 10 subgrids. The entire software can be adapted for the analysis of different distribution grids and is publicly available as an open-source software library on GitHub.
The eVTOL industry is a rapidly growing mass market expected to start in 2024. eVTOL compete, caused by their predicted missions, with ground-based transportation modes, including mainly passenger cars. Therefore, the automotive and classical aircraft design process is reviewed and compared to highlight advantages for eVTOL development. A special focus is on ergonomic comfort and safety. The need for further investigation of eVTOL’s crashworthiness is outlined by, first, specifying the relevance of passive safety via accident statistics and customer perception analysis; second, comparing the current state of regulation and certification; and third, discussing the advantages of integral safety and applying the automotive safety approach for eVTOL development. Integral safety links active and passive safety, while the automotive safety approach means implementing standardized mandatory full-vehicle crash tests for future eVTOL. Subsequently, possible crash impact conditions are analyzed, and three full-vehicle crash load cases are presented.
In this work, the effects of carbon sources and culture media on the production and structural properties of bacterial cellulose (BC) synthesized by Medusomyces gisevii have been studied. The culture medium was composed of different initial concentrations of glucose or sucrose dissolved in 0.4% extract of plain green tea. Parameters of the culture media (titratable acidity, substrate conversion degree etc.) were monitored daily for 20 days of cultivation. The BC pellicles produced on different carbon sources were characterized in terms of biomass yield, crystallinity and morphology by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy and X-ray diffraction. Our results showed that Medusomyces gisevii had higher BC yields in media with sugar concentrations close to 10 g L−1 after a 18–20 days incubation period. Glucose in general lead to a higher BC yield (173 g L−1) compared to sucrose (163.5 g L−1). The BC crystallinity degree and surface roughness were higher in the samples synthetized from sucrose. Obtained FE-SEM micrographs show that the BC pellicles synthesized in the sucrose media contained densely packed tangles of cellulose fibrils whereas the BC produced in the glucose media displayed rather linear geometry of the BC fibrils without noticeable aggregates.
Barrierefreies Klettern : ein System zur Inklusion sehbehinderter Menschen in den Klettersport
(2023)
Ziel des Projekts war die Entwicklung eines Systems, das es Menschen mit starker Sehbehinderung ermöglicht, Klettersport als ein Training für ihren Körper und ihren Orientierungssinn nutzen zu können. Inklusion ist als gesellschaftliches Thema in den letzten Jahren stark in den Fokus gerückt. Dennoch ist es für Menschen mit Behinderung oft schwer, sozialen Anschluss zu finden. Dies wird zusätzlich durch das mangelnde Angebot an inklusiven Freizeitaktivitäten erschwert. Apollon ermöglicht Menschen mit starker Sehbehinderung die Orientierung während des Kletterns, indem es einerseits Informationen vermittelt, die normalerweise nur visuell wahrgenommen werden können und andererseits dabei hilft, sich besser an bereits gekletterte Routen zu erinnern. Das System setzt sich aus 3 Komponenten zusammen. Die Tritthilfen helfen der blinden Person dabei, auch kleine Tritte zu finden. Die taktilen Wegmarken stellen eine Art Checkpoint dar und helfen der blinden Person dabei, die Route in mehrere Abschnitte zu unterteilen. Gleichzeitig weisen sie darauf hin, welches Feature die kletternde Person erwartet. Die taktile Karte ist modular aufgebaut und setzt sich aus einer Legende und den Repräsentanten der Wegmarken einer Route zusammen. Analog zu dem Betrachten der Route ist die blinde Person so vor dem Klettern in der Lage, Informationen über die Route zu erfahren.
Obstacle avoidance is critical for unmanned aerial vehicles (UAVs) operating autonomously. Obstacle avoidance algorithms either rely on global environment data or local sensor data. Local path planners react to unforeseen objects and plan purely on local sensor information. Similarly, animals need to find feasible paths based on local information about their surroundings. Therefore, their behavior is a valuable source of inspiration for path planning. Bumblebees tend to fly vertically over far-away obstacles and horizontally around close ones, implying two zones for different flight strategies depending on the distance to obstacles. This work enhances the local path planner 3DVFH* with this bio-inspired strategy. The algorithm alters the goal-driven function of the 3DVFH* to climb-preferring if obstacles are far away. Prior experiments with bumblebees led to two definitions of flight zone limits depending on the distance to obstacles, leading to two algorithm variants. Both variants reduce the probability of not reaching the goal of a 3DVFH* implementation in Matlab/Simulink. The best variant, 3DVFH*b-b, reduces this probability from 70.7 to 18.6% in city-like worlds using a strong vertical evasion strategy. Energy consumption is higher, and flight paths are longer compared to the algorithm version with pronounced horizontal evasion tendency. A parameter study analyzes the effect of different weighting factors in the cost function. The best parameter combination shows a failure probability of 6.9% in city-like worlds and reduces energy consumption by 28%. Our findings demonstrate the potential of bio-inspired approaches for improving the performance of local path planning algorithms for UAV.
Subtilisins from microbial sources, especially from the Bacillaceae family, are of particular interest for biotechnological applications and serve the currently growing enzyme market as efficient and novel biocatalysts. Biotechnological applications include use in detergents, cosmetics, leather processing, wastewater treatment and pharmaceuticals. To identify a possible candidate for the enzyme market, here we cloned the gene of the subtilisin SPFA from Fictibacillus arsenicus DSM 15822ᵀ (obtained through a data mining-based search) and expressed it in Bacillus subtilis DB104. After production and purification, the protease showed a molecular mass of 27.57 kDa and a pI of 5.8. SPFA displayed hydrolytic activity at a temperature optimum of 80 °C and a very broad pH optimum between 8.5 and 11.5, with high activity up to pH 12.5. SPFA displayed no NaCl dependence but a high NaCl tolerance, with decreasing activity up to concentrations of 5 m NaCl. The stability enhanced with increasing NaCl concentration. Based on its substrate preference for 10 synthetic peptide 4-nitroanilide substrates with three or four amino acids and its phylogenetic classification, SPFA can be assigned to the subgroup of true subtilisins. Moreover, SPFA exhibited high tolerance to 5% (w/v) SDS and 5% H₂O₂ (v/v). The biochemical properties of SPFA, especially its tolerance of remarkably high pH, SDS and H₂O₂, suggest it has potential for biotechnological applications.
Eines haben wir alle gemeinsam – Eine Familie. Die Bachelorarbeit „bond(ed)“ ist ein Projekt zum Kontaktabbruch in Familien. Familiäre Kontaktabbrüche sind heute keine Seltenheit mehr. Jede:r kennt jemanden, der davon betroffen ist, und doch wird nur selten darüber gesprochen. Schamgefühl, Angst und das Gefühl von Versagen spielen hierbei eine entscheidende Rolle. Doch wie kann es so weit kommen? Neun Personen haben sich bereit erklärt, ihre sehr persönlichen und emotionalen Geschichten zu teilen. Im Zuge dessen sind Fotos im jeweiligen Zuhause und in Interviewform niedergeschriebene Gespräche entstanden, welche unabhängig voneinander in zwei Büchern zu betrachten sind. Das Projekt „bond(ed)“ soll familiären Kontaktabbrüchen eine Plattform bieten und mit einem Tabuthema brechen. Es soll mit Vorurteilen aufräumen und ein Gefühl von Zusammengehörigkeit bei den Betroffenen wecken.
In Folge der Globalisierung und der Zuwanderung von verschiedensten ethnischen Gruppen und deren Kulturen entstehen in Deutschland immer mehr sogenannte Transkulturen. Um diesen mehr Aufmerksamkeit zu schenken und zur Verständigung verschiedenster Gruppen beizutragen, wurde das Konzept dieser Bachelorarbeit: „BRIDGE: Ein Magazin über Transkulturen in Deutschland" entwickelt, welches sich mit den Schnittstellen der Deutschen und anderen Kulturen auseinandersetzt. Diese Transkulturen sollen jeweils repräsentativ und aufklärend dargestellt werden. Jede Ausgabe wird eine dieser Transkulturen porträtieren und zeigen, wie diese in Deutschland besteht. Für die erste Ausgabe, welche im Rahmen der Bachelorarbeit ausgearbeitet wurde, fiel die Entscheidung auf die Deutsch-Habesha-Kultur, die eine Völkergruppe aus Äthiopien und Eritrea darstellt.
Background
Aminoacylases are highly promising enzymes for the green synthesis of acyl-amino acids, potentially replacing the environmentally harmful Schotten-Baumann reaction. Long-chain acyl-amino acids can serve as strong surfactants and emulsifiers, with application in cosmetic industries. Heterologous expression of these enzymes, however, is often hampered, limiting their use in industrial processes.
Results
We identified a novel mycobacterial aminoacylase gene from Mycolicibacterium smegmatis MKD 8, cloned and expressed it in Escherichia coli and Vibrio natriegens using the T7 overexpression system. The recombinant enzyme was prone to aggregate as inclusion bodies, and while V. natriegens Vmax™ could produce soluble aminoacylase upon induction with isopropyl β-d-1-thiogalactopyranoside (IPTG), E. coli BL21 (DE3) needed autoinduction with lactose to produce soluble recombinant protein. We successfully conducted a chaperone co-expression study in both organisms to further enhance aminoacylase production and found that overexpression of chaperones GroEL/S enhanced aminoacylase activity in the cell-free extract 1.8-fold in V. natriegens and E. coli. Eventually, E. coli ArcticExpress™ (DE3), which co-expresses cold-adapted chaperonins Cpn60/10 from Oleispira antarctica, cultivated at 12 °C, rendered the most suitable expression system for this aminoacylase and exhibited twice the aminoacylase activity in the cell-free extract compared to E. coli BL21 (DE3) with GroEL/S co-expression at 20 °C. The purified aminoacylase was characterized based on hydrolytic activities, being most stable and active at pH 7.0, with a maximum activity at 70 °C, and stability at 40 °C and pH 7.0 for 5 days. The aminoacylase strongly prefers short-chain acyl-amino acids with smaller, hydrophobic amino acid residues. Several long-chain amino acids were fairly accepted in hydrolysis as well, especially N-lauroyl-L-methionine. To initially evaluate the relevance of this aminoacylase for the synthesis of N-acyl-amino acids, we demonstrated that lauroyl-methionine can be synthesized from lauric acid and methionine in an aqueous system.
Conclusion
Our results suggest that the recombinant enzyme is well suited for synthesis reactions and will thus be further investigated.
Background
Hip fractures are a common and costly health problem, resulting in significant morbidity and mortality, as well as high costs for healthcare systems, especially for the elderly. Implementing surgical preventive strategies has the potential to improve the quality of life and reduce the burden on healthcare resources, particularly in the long term. However, there are currently limited guidelines for standardizing hip fracture prophylaxis practices.
Methods
This study used a cost-effectiveness analysis with a finite-state Markov model and cohort simulation to evaluate the primary and secondary surgical prevention of hip fractures in the elderly. Patients aged 60 to 90 years were simulated in two different models (A and B) to assess prevention at different levels. Model A assumed prophylaxis was performed during the fracture operation on the contralateral side, while Model B included individuals with high fracture risk factors. Costs were obtained from the Centers for Medicare & Medicaid Services, and transition probabilities and health state utilities were derived from available literature. The baseline assumption was a 10% reduction in fracture risk after prophylaxis. A sensitivity analysis was also conducted to assess the reliability and variability of the results.
Results
With a 10% fracture risk reduction, model A costs between $8,850 and $46,940 per quality-adjusted life-year ($/QALY). Additionally, it proved most cost-effective in the age range between 61 and 81 years. The sensitivity analysis established that a reduction of ≥ 2.8% is needed for prophylaxis to be definitely cost-effective. The cost-effectiveness at the secondary prevention level was most sensitive to the cost of the contralateral side’s prophylaxis, the patient’s age, and fracture treatment cost. For high-risk patients with no fracture history, the cost-effectiveness of a preventive strategy depends on their risk profile. In the baseline analysis, the incremental cost-effectiveness ratio at the primary prevention level varied between $11,000/QALY and $74,000/QALY, which is below the defined willingness to pay threshold.
Conclusion
Due to the high cost of hip fracture treatment and its increased morbidity, surgical prophylaxis strategies have demonstrated that they can significantly relieve the healthcare system. Various key assumptions facilitated the modeling, allowing for adequate room for uncertainty. Further research is needed to evaluate health-state-associated risks.
Das KERAMION beherbergt ein breites Sortiment an historischen Keramikstücken wie auch modernen künstlerischen Keramikarbeiten. Bei der neuen Konzeptionierung des Museums wurde eine Verbindung der historischen Sammlung und der modernen Kunst geschaffen, als Visualisierung dafür steht die eigens für das Museum erstellte Schrift. In dieser Schrift wird eine historische, schwungvolle Kurrentschrift aus dem 16. Jahrhundert mit einer modernen kantigen Serifenschrift verbunden. Daraus entsteht eine Schrift, die die Breite der Keramik widerspiegelt und von Steingut bis Porzellan alle Facetten aufgreift. Gepaart wird die einzigartige Schrift mit einem auf das Zentrum ausgerichteten Layoutprinzip, bei dem 3D Scans der Exponate in den Fokus rücken. Somit können die Besucher*innen auch von zu Hause einen Vorgeschmack auf die einzigartigen Materialien und Keramiktechniken bekommen.
The increasing share of renewable electricity in the grid drives the need for sufficient storage capacity. Especially for seasonal storage, power-to-gas can be a promising approach. Biologically produced methane from hydrogen produced from surplus electricity can be used to substitute natural gas in the existing infrastructure. Current reactor types are not or are poorly optimized for flexible methanation. Therefore, this work proposes a new reactor type with a plug flow reactor (PFR) design. Simulations in COMSOL Multiphysics ® showed promising properties for operation in laminar flow. An experiment was conducted to support the simulation results and to determine the gas fraction of the novel reactor, which was measured to be 29%. Based on these simulations and experimental results, the reactor was constructed as a 14 m long, 50 mm diameter tube with a meandering orientation. Data processing was established, and a step experiment was performed. In addition, a kLa of 1 h−1 was determined. The results revealed that the experimental outcomes of the type of flow and gas fractions are in line with the theoretical simulation. The new design shows promising properties for flexible methanation and will be tested.
Künstliche Intelligenz (KI) hat die Designbranche erreicht, doch die Angst, dass KI Designer:innen die Arbeitsplätze wegnimmt, ist unbegründet. Künstliche Intelligenz kann Designer:innen als Werkzeug dienen. Durch das Zusammenspiel von Designer:innen und KI entstehen innerhalb von kürzester Zeit neuartige Kreationen. Das Projekt „Designexperiments with Artificial Intelligence“ ist eine Sammlung von visuellen Experimenten, welche mit der Hilfe von künstlicher Intelligenz durchgeführt wurden. Eines dieser Experimente wird in Form einer Installation ausgestellt. Dabei werden die Besucher*innen aufgefordert mit der Maschine zusammen ein Bild zu gestalten. Dieser Input wird anschließend von einer KI verarbeitet. Das Projekt „Designexperimente with Artificial Intelligence“ ist ein Versuch, mittels künstlicher Intelligenz eine neue Ästhetik zu finden.
Krebstherapie bei Kindern ist für alle Beteiligten eine emotional bedrückende Angelegenheit. Besonders die Strahlentherapie stellt Kinder aufgrund der Häufigkeit der Termine, der Isolation während der Bestrahlung und der Fixierung vor Herausforderungen. „nia“ ermöglicht es den Angehörigen, während der Behandlung einen physischen Kontakt zum Kind zu halten. Zwei miteinander verbundene Zwillingsgeräte registrieren die Bewegungen der Hände und übertragen die Berührung an das jeweils andere Gerät. Diese taktile Kommunikation sorgt für innere Ruhe und Verbundenheit. Vor der eigentlichen Therapie liegen die Geräte in einem Koffer, welcher ein Modell des Behandlungsraums beinhaltet. Mithilfe dessen werden die Kinder spielerisch auf die Bestrahlung vorbereitet. So sollen sich in Zukunft weniger Kinder ängstlich und allein einer Strahlentherapie stellen müssen.
A method for detecting and approximating fault lines or surfaces, respectively, or decision curves in two and three dimensions with guaranteed accuracy is presented. Reformulated as a classification problem, our method starts from a set of scattered points along with the corresponding classification algorithm to construct a representation of a decision curve by points with prescribed maximal distance to the true decision curve. Hereby, our algorithm ensures that the representing point set covers the decision curve in its entire extent and features local refinement based on the geometric properties of the decision curve. We demonstrate applications of our method to problems related to the detection of faults, to multi-criteria decision aid and, in combination with Kirsch’s factorization method, to solving an inverse acoustic scattering problem. In all applications we considered in this work, our method requires significantly less pointwise classifications than previously employed algorithms.
Juli 2021. Durch starke Regenfälle von bis zu 250 l/m² innerhalb von 24h durch das Sturmtief «Bernd» war es dem bereits von vorherigen Niederschlägen übersättigten Boden nicht mehr möglich, weitere Wassermengen aufzunehmen. Die Folge sind schwerwiegende Überflutungen vor allem in Rheinland-Pfalz und NRW. Dass die Auswirkungen des Klimawandels bereits zu Hause angekommen sind, wird mit dieser Arbeit autobiografisch und illustrativ innerhalb eines Graphic Novels «Die Dinge danach – zum Hochwasser 21» be- und verarbeitet. Denn als das Wasser zu Hause wütete, war die Autorin selbst nicht anwesend. Dafür steckte sie die ersten Tage in Euskirchen fest, eine Stadt, die selbst Land unter war und zu einer Insel wurde. Ohne Strom, Netz und stark erschwertem Kontakt nach außen … und dabei sollte sie ursprünglich für eine Woche nur zwei Kater versorgen.
Seit Jahrhunderten tragen Hebammen die Verantwortung für neues Leben und geben ihre Erfahrungen und ihr Können weiter. Trotz dieser ehrwürdigen Aufgabe gehören sie zu einer kleinen Berufsgruppe, die viel zu oft unterschätzt, überlastet und unterbezahlt wird. Sie sind Begleiter*innen in einer der sensibelsten und emotionalsten Zeiten des Lebens. Die Unterstützung einer Hebamme gewährleistet Aufklärung und Beistand während der Schwangerschaft, der Geburt und der Zeit im Wochenbett.
Das Projekt »Die Hebamme« ist ein Berufsportrait. Die Arbeit gibt Einblicke in die Tätigkeit und seine verschiedenen Bereiche und erzählt dabei hauptsächlich in Bildern. Zusätzlich berichten Hebammen aus unterschiedlichen Blickwinkeln über ihre Arbeit. Dieses Portrait stellt die Realtität der Arbeit dar und soll die Bedeutung der Tätigkeit näher bringen.
Enma ist eine Energiemanagement-Anwendung, die verschiedene Nutzer:innengruppen zusammenführt und damit den Prozess vereinfacht. Die aktuelle Energiekrise betrifft insbesondere Unternehmen, die in der Energieerzeugung tätig sind. Die Digitalisierung wird für Unternehmen in der Zukunft immer wichtiger und sie werden sich ihr nicht entziehen können. Daher benötigen insbesondere Unternehmen, die keinen dedizierten Energiemanager:innen beschäftigen, gezielte Unterstützung von Anwendungen. Auch Vertriebspartner:innen und Hersteller:innen von Produkten wie PV-Anlagen und Stromspeichern, die von solch einer Anwendung profitieren können, wollen ihren Kunden:innen Sicherheit und Unterstützung bieten. Dafür ist eine Anwendung erforderlich, die dies vereint. Das Ziel war es, das Backend von OpenEMS (Energiemanagementsystems) zu nutzen und zusätzlich einen menschenzentrierten und umweltfreundlichen Ansatz zu bieten. Um die Anwendung realistischer zu gestalten, wurde sie in Kooperation mit dem Unternehmen Voltfang entwickelt.
Digitale Medien wollen gelernt sein : Kampagne für die "Medienscouts NRW" zur Kompetenzförderung
(2023)
,,Digitale Medien wollen gelernt sein" ist eine Kampagne für das Projekt Medienscouts. Hier werden im ersten Schritt interessierte Schüler:innen an weiterführenden Schulen zu Medienexpert:innen ausgebildet. Im Zweiten geben sie ihr Wissen an ihre Mitschüler:innen weiter und fungieren in ihren Schulen als gleichaltrige Ansprechpartner:innen bei Fragen oder Problemen. Um weitere Schüler:innen für das Projekt zu werben, konzentriert sich die Kampagne auf eine altersgerechte Social Media-Präsenz. Ebenso wie das Projekt gibt auch die Kampagne den teilnehmenden Medienscouts die Freiheit, ihre Erfahrungen und Tipps zu teilen. Hierzu ist ein praktikables Konzept entworfen worden, mit dem die Scouts fortlaufend ihre offiziellen Kanäle bespielen können.
Dirty Air
(2023)
Die Formel 1 ist ein Extremsport und soll wie viele andere Wettbewerbe in diesem Bereich unterhalten. Die Konkurrenz unter den Fahrern ist jederzeit präsent, jedoch das dadurch steigende Gefahrenpotenzial nicht. In der Graphic Novel „Dirty Air“ wir auf Basis eines dokumentarisch-informativen Ansatzes aufgezeigt, inwiefern die Rivalität zweier Fahrer Auswirkungen auf die Sicherheit des Sports haben kann. Es wird über die wichtigsten Ereignisse der Saison 2021 erzählt, die beispielhaft dafür stehen, wie sich der Wettbewerb zuspitzen kann. Die Geschehnisse sind realen Gegebenheiten nachempfunden und illustrativ umgesetzt. Ziel der Arbeit ist es, die Leser*innen zum Nachdenken anzuregen und Verständnis zu schaffen. Rivalitäten sind wichtig und notwendig im Sport, sollten jedoch kein Anker für Hass und unüberlegte Risiken sein, egal ob innerhalb des Fahrerlagers oder der Fangemeinschaft.